ABSTRACT Drinking water resources, such as groundwater, are threatened by pollution. The pesticide metabolite 2,6-dichlorobenzamide (BAM) is one of the compounds frequently found in groundwater. Studies have attempted to add specific BAM-degrading bacteria to sand-filters at drinking water treatment facilities. This biotechnology has shown great potential in removing BAM from contaminated water. However, the degradation potential was formerly lost after approximately 2-3 weeks due to a decrease of the degrader population over time. The aim of the present study was to overcome the constraints leading to loss of degraders from inoculated filters. Our approach was threefold: 1) Development of a novel inoculation strategy, 2) lowering the flowrate to reduce washout of cells, and 3) increasing the concentration of nutrients hereunder the pollutant in a smaller inlet water stream. The two latter were achieved via modifications of the inlet water by applying membrane treatment which, besides producing an ultra-pure water fraction, produced a residual water stream with nutrients including BAM concentrated in an approximately 10-fold reduced volume. This was done to alleviate starvation of degrader bacteria in the otherwise oligotrophic sand-filters and to enable a decreased flowrate. By this approach, we achieved 100% BAM removal over a period of 40 days in sand-filter columns inoculated with the BAM-degrader Aminobacter sp. MSH1. Molecular targeting of the degrader strain showed that the population of degrader bacteria persisted at high numbers throughout the sand-filter columns and over the entire timespan of the experiment. 16S rRNA gene amplicon sequencing confirmed that MSH1 dominated the bacterial communities. IMPORTANCE Many countries rely partly or solely on groundwater as the source of drinking water. Here groundwater contamination by pesticide residues poses a serious threat to the production of high quality drinking water. Since scarcity of clean groundwater may occur in progressively larger areas both locally and globally, the need for efficient purification technologies is growing. This study shows that a novel system combining membrane treatment and bioaugmented sand-filters can efficiently remove pesticide residues in laboratory columns when applying specific inoculation and flow conditions. Once upscaled, this system can be used directly for pump-and-treat of contaminated groundwater wells or at drinking water treatment plants.

Abstract Aminobacter sp. MSH1 (CIP 110285) can use the pesticide dichlobenil and its transformation product, the recalcitrant groundwater micropollutant, 2,6-dichlorobenzamide (BAM) as sole source of carbon, nitrogen, and energy. The concentration of BAM in groundwater often exceeds the threshold limit for drinking water, resulting in the use of additional treatment in drinking water treatment plants (DWTPs) or closure of the affected abstraction wells. Biological treatment with MSH1 is considered a potential sustainable alternative to remediate BAM-contamination in drinking water production. Combining Illumina and Nanopore sequencing, we here present the complete genome of MSH1, which was determined independently in two different laboratories. Unexpectedly, divergences were observed between the two genomes, i.e. one of them lacked four plasmids compared to the other. Besides the circular chromosome and the two previously described plasmids involved in BAM catabolism pBAM1 (41 kb) and pBAM2 (54 kb), we observe that the genome of MSH1 contains two megaplasmids pUSP1 (367 kb) and pUSP2 (366 kb) and three smaller plasmids pUSP3 (97 kb), pUSP4 (64 kb), and pUSP5 (32 kb). The MSH1 substrain from KU Leuven showed a reduced genome lacking plasmids pUSP2 and the three smaller plasmids and was designated substrain MK1, whereas the variant with all plasmids was designated as substrain DK1. Results of a plasmid stability experiment, indicate that strain MSH1 may have a polyploid chromosome when growing in R2B medium with more chromosomes than plasmids per cell. Based on phylogenetic analyses, strain MSH1 is reassigned as Aminobacter niigataensis MSH1. Importance The complete genomes of the two MSH1 substrains, DK1 and MK1, provide further insight into this already well-studied organism with bioremediation potential. The varying plasmid contents in the two substrains suggest that some of the plasmids are unstable, although this is not supported by the herein described plasmid stability experiment. Instead, results suggest that MSH1 is polyploid with respect to its chromosome, at least under some growth conditions. As the essential BAM-degradation genes are found on some of these plasmids, stable inheritance is essential for continuous removal of BAM. Finally, Aminobacter sp. MSH1 is reassigned as Aminobacter niigataensis MSH1, based on phylogenetic evidence.

Abstract Benzophenone-3 (BP3) is an organic UV filter whose presence in the aquatic environment has been linked to detrimental developmental impacts in aquatic organisms such as coral and fish. The genus Rhodococcus has been extensively studied and is known for possessing large genomes housing genes for biodegradation of a wide range of compounds, including aromatic carbons. Here, we present the genome sequence of Rhodococcus sp. USK10, which was isolated from Chinese riverbank sediment and is capable of utilising BP3 as the sole carbon source, resulting in full BP3 mineralisation. The genome consisted of 9,870,030 bp in 3 replicons, a G+C content of 67.2%, and 9,722 coding DNA sequences (CDSs). Annotation of the genome revealed that 179 of these CDSs are involved in metabolism of aromatic carbons. The complete genome of Rhodococcus sp. USK10 is the first complete, annotated genome sequence of a Benzophenone-3 degrading bacterium. Through radiolabelling, it is also the first bacterium proven to mineralise Benzophenone-3. Due to the widespread environmental prevalence of Benzophenone-3, coupled to its adverse impact on aquatic organisms, this characterisation provides an integral first step in better understanding the environmentally relevant degradation pathway of the commonly used UV filter. Given USK10’s ability to completely mineralise Benzophenone-3, it could prove to be a suitable candidate for bioremediation application.