Filamentous bacteria population control: bacteriophage isolation and characterization

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Cardoso, Rui Manuel Amado
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/59254
Resumo: Dissertação de mestrado em Biotechnology
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The present thesis envisaged the isolation and characterization of a lytic phage which specifically infects Sphaerotilus natans, a filamentous bacterium which causes filamentous bulking, and the evaluation of the effectiveness of the isolated phage in controlling the population of S. natans in batch assays. The growth kinetics parameters of the strain used in this thesis, S. natans DSM 6575T were calculated. Specific growth rate and the generation time of this strain were found to be 0.152 ± 0.002 h-1 and 4.560 h, respectively. The principal objective of the thesis was achieved: a lytic phage with S. natans as a host was isolated from the mixed liquor of a bench scale reactor (4 L) that accurately mimic the secondary treatment of WWTP. Phage infection on pure culture of the host strain resulted in small, uniform and clear plaques, with 1.3 ± 0.3 mm in diameter. S. natans phage belongs to the Podoviridae family, possess an icosahedral head with a size of 60 nm, along with a short tail of 20 nm length by 10 nm width. This newly isolated S. natans phage is the first ever, among those that have S. natans as host, to be classified in this family. S. natans phage did not show a lytic effect against any of the other bacteria tested. S. natans phage proved to be stable after 24 h within the temperatures of 4 °C, 21 °C, 28 °C and 40 °C and within the pH range of 5 to 11. S. natans phage possesses a latent period of 2 h and a burst size of 331.4 PFU per infected cell. The use of S. natans phage at MOI 1 proved to be the most suitable for the purpose of its application, since after 48 h results in the reduction of bacteria concentration in 0.88 logs. Results obtained indicate a possible lytic nature of the phage, a narrow host range and thermal and pH stability within the range values reported in activated sludge processes. In conclusion, the characterization performed on S. natans phage provided the results needed for the future proof of concept regarding the biocontrol of the overgrowth of S. natans by this phage, in activated sludge wastewater treatment.O crescimento excessivo de bactérias filamentosas induz problemas operacionais nos processos de tratamento de águas residuais por lamas ativadas em todo o mundo, sendo o bulking e o foaming filamentoso os mais recorrentes e resultando em efluentes de baixa qualidade. As atuais medidas de controlo de bactérias filamentosas nem sempre são eficazes e não são sustentáveis e economicamente viáveis a longo prazo. Uma alternativa poderá ser o uso de bacteriófagos para controlar o crescimento excessivo de bactérias filamentosas. A presente tese previa o isolamento e a caracterização de um fago lítico que infetasse especificamente Sphaerotilus natans, uma bactéria filamentosa que causa bulking filamentoso e a avaliação da eficácia da ação do fago isolado no controlo da população de S. natans, em ensaios em batch. Os parâmetros cinéticos de crescimento da estirpe utilizada nesta tese, S. natans DSM 6575T foram calculados, tendo-se obtido para a taxa específica de crescimento e para o tempo de geração, 0.152 ± 0.002 h-1 e 4.560 h, respetivamente. O objetivo principal da tese foi alcançado: um fago lítico tendo S. natans como hospedeiro foi isolado do licor misto de um reator de bancada (4 L) que mimetiza o tratamento secundário de uma ETAR. A infeção fágica na cultura pura do hospedeiro resultou em placas pequenas, uniformes e transparentes, com 1.3 ± 0.3 mm de diâmetro. O fago S. natans pertence à família Podoviridae, possui uma cabeça icosaédrica com 60 nm e uma cauda curta de 20 nm de comprimento por 10 nm de largura. Este fago recém-isolado é o primeiro dos que infetam esta filamentosa a ser classificado nesta família. O fago S. natans não apresentou um efeito lítico contra nenhuma de uma série de outras bactérias testadas. Além disso, é estável após 24 h nas temperaturas de 4 °C, 21 °C, 28 °C e 40 °C e na gama de pH de 5 a 11. Possui um período de latência de 2 h e um burst size de 331.4 unidades formadoras de placas (PFU) por célula infetada. O uso do fago S. natans a uma multiplicidade de infeção (MOI) de 1 demonstrou ser o mais adequado para o propósito de sua aplicação, uma vez que após 48 h resultou na redução da concentração de bactérias em 0.88 logs. Os resultados obtidos evidenciam a possível natureza lítica do fago, a estreita gama de hospedeiros e a estabilidade térmica e de pH dentro da gama de valores relatados em processos de lamas ativadas. Em conclusão, a caracterização do fago de S. natans forneceu os resultados necessários para a futura prova de conceito relativamente ao biocontrolo do crescimento exagerado de S. natans por este fago em ETAR por lamas ativadas.This study was supported by the project “Innovative strategies to control filamentous overgrowth in activated sludge wastewater treatment” (INOVCONTROLFIL – reference: PTDC/AAG-TEC/3331/2014). In addition, by the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT) under the scope of the strategic funding of UID/BIO/04469 unit and COMPETE 2020 (POCI-01-0145-FEDER-006684) and BioTecNorte operation (NORTE-01-0145-FEDER-000004) funded by the European Regional Development Fund under the scope of Norte2020 - Programa Operacional Regional do Norte.Nicolau, AnaPadrão, JorgeUniversidade do MinhoCardoso, Rui Manuel Amado20182018-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/59254eng202168832info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:10:12Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/59254Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:01:46.404528Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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