Molekyylibiologiaan perustuvat mikrobiyhteisömääritykset ja niiden käyttökohteet yhdyskuntajätevesien käsittelyssä Vesihuoltopäivät 10.5.2017, Jyväskylä Jenni Kesulahti Diplomityö Aalto-yliopistossa Hankkeessa mukana: Suomen Vesilaitosyhdistys ry (VVY) Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä (HSY) Hyvinkään Vesi Porvoon vesi Tampereen Vesi Turun seudun puhdistamo Oy Diplomityö valmistui helmikuussa 2017 2 1
Tutkimuksen tausta Tausta Biologinen jätevedenpuhdistus perustuu mikrobien toimintaan prosessissa Perinteiset mikrobien tutkimusmenetelmät: mikroskopointi ja viljelytekniikat Molekyylibiologiset menetelmät: biologisten makromolekyylien (mm. DNA, RNA, proteiinit) tutkimus Kuva: J. Kesulahti 4 2
Tausta Bakteerit DNA 16S rrna -geeni alkuperä Arkit Eukaryootit Taksonominen taso Domeeni Pääjakso Luokka Lahko Heimo Suku Laji Esimerkki Bacteria (Bakteerit) Proteobacteria (Proteobakteerit) Gammaproteobacteria (Gammaproteobakteerit) Enterobacteriales Enterobacteriaceae Escherichia coli 5 Tutkimuksen tarkoitus 3
Tutkimuskysymyksiä Miten menetelmiä voidaan hyödyntää yhdyskuntien jätevedenpuhdistuksessa ja mitkä ovat suositukset puhdistamoille? Millaisia menetelmiä on olemassa mikrobipopulaatioiden määrittämiseen yhdyskuntajätevesistä? Erot näytteiden välillä? Yleisimmät bakteeriryhmät? Nitrifikaatiobakteerit? 7 Molekyylibiologisia tutkimusmenetelmiä Useita eri menetelmiä Mm. hybridisaatiomenetelmät, polymeraasiketjureaktiotekniikat, sormenjälkitekniikat, uuden sukupolven sekvensointitekniikat, transkriptomiikka, proteomiikka Diplomityön kokeellisessa osiossa käytetty menetelmä Eri menetelmillä voidaan vastata osittain erilaisiin tutkimuskysymyksiin Mitä mikrobeja ja millä osuuksilla? Kuinka paljon? Muutokset mikrobiyhdyskunnissa? Mikrobien toiminta? 8 4
Kokeellinen osio Näytteenotto Aktiivilietenäytteitä kerättiin viideltä jätevedenpuhdistamolta keväällä ja syksyllä 2016 HSY:n Viikinmäen puhdistamo Hyvinkään Kaltevan puhdistamo Porvoon Hermanninsaaren puhdistamo Tampereen Viinikanlahden puhdistamo Turun Kakolanmäen puhdistamo 10 5
Kokeellisen osion kulku Näytteiden keruu puhdistamoilta Esikäsittely Kuva: J. Kesulahti Kuva: J. Kesulahti Säilytys Tiedonkäsittely DNA:n eristys ja sekvensointi Tulokset 11 Kokeellisen osion tuloksia 6
Pääjaksot Proteobakteerit 13 Yleisimmät lahkot, kevään näytteet 14 7
Yleisimmät lahkot, syksyn näytteet 15 Nitrifikaatiobakteerit Ammoniumia hapettavat: Nitrosomonas, Nitrosovibrio, (Nitrosospira) Nitriittiä hapettavat: Nitrospira ja Candidatus Nitrotoga Näytteissä pääosin suhteellisen pienillä osuuksilla, useita mahdollisia selittäviä tekijöitä Tutkimus jatkuu Aalto-yliopistossa 16 8
Johtopäätöksiä Arvioita käytetystä tutkimusmenetelmästä Vahvuudet: runsaasti ja tarkempaa tietoa kuin perinteisillä mikrobien tutkimusmenetelmillä, tulosten analysoinnissa lukuisia mahdollisuuksia Heikkoudet: analyysin kesto, tietojen käsittelyn haasteet, ei tietoa esim. mikrobien aktiivisuudesta Mahdollisuudet: tekninen kehitys johtaa edelleen hintojen laskuun, tietokantojen ja tiedon jatkuva kertyminen Uhat: virhetulkinnat ja liian suorat johtopäätökset, ei synny standardeja Tämän hetken mahdollinen sovellustapa puhdistamoilla: ongelmanratkaisu 18 9
Molekyylibiologisten menetelmien sovellusmahdollisuuksia Lajistoselvitykset, mikrobien roolit ja vuorovaikutukset, suhde ympäristömuuttujiin ja prosessiparametreihin Nykyisten prosessiolosuhteiden optimointi Prosessissa olevien ongelmien ratkaisu Bioaugmentaatio Uusien prosessien kehittäminen 19 Kiitos! Jenni Kesulahti jenni.kesulahti@aalto.fi 10