Молекулярно-биологическая диагностика биоценоза очистных сооружений: новые методы и перспективы экомониторинга

УДK: 57.083

Приведены краткие результаты проведенного авторами исследования анализа тотальной ДНК активного ила и ДНК поступающих стоков трех очистных сооружений с разным качеством поступающей воды методом высокопроизводительного секвенирования генов 16S рРНК. Кроме того, в работе приведен краткий ретроспективный обзор методов биологического мониторинга активного ила очистных сооружений. Сформулированы перспективные цели и задачи биологического мониторинга в связи с появлением новых молекулярно-биологических методов анализа бактериальной структура активного ила (исследование метагенома активного ила).

Ключевые слова: очистные сооружения, активный ил, биологический мониторинг, диагностика биоценоза, экомониторинг.

Биологическая очистка сточных вод неразрывно связана с созданием специфического биоценоза, который осуществляет биохимические процессы. Наиболее распространенными являются системы очистки, где главным биологическим агентом выступают микробиологические сообщества (бактерии, археи, грибы, простейшие, микроводоросли, черви, коловратки). Поскольку эффективность очистки воды напрямую зависит от структуры этих сообществ, то мониторинг этой структуры (как качественный, так и количественный) с момента создания очистных сооружений был важнейшей задачей наряду с контролем качества воды, проходящей все стадии очистки [Никитинский, 1909; Липеровская, 1977; Карюхина, Чурбанова, 1983; Никитина, 2009]

Биоценоз активного ила (АИ) описывается как детритная пищевая цепь и состоит из двух или трех трофических уровней:
- бактерии, грибы, микроводоросли --- простейшие, коловратки;
- бактерии, грибы, микроводоросли --- простейшие, коловратки --- хищные коловратки, черви, клещи.

Второй и третий трофический уровень возникают в АИ при возрасте около одной или более недели. Принято считать, что появление этих уровней «совпадает» с накоплением в АИ (за счет селекции) нитрифицирующих бактерий [Гюнтер, 1972; Гюнтер, др., 1976]. Другими словами, при значительном возрасте ила в нем появляется трофическая «надстройка» над «бактериальным базисом». Видимое в световой микроскоп состояние гидробионтов второго и третьего трофического уровней (их относительные размеры, активность, угнетенность и т.п.) характеризует также и состояние «базиса», так как недостаток кислорода или токсические вещества оказывают соответствующее воздействие на все организмы АИ. Поскольку световое микроскопирование АИ - процесс несложный и сравнительно недолгий, то значительный период времени он являлся (и является сейчас в большинстве лабораторий очистных сооружений) одним из важных приемов мониторинга технологического процесса [Банина, 1984; Методическое руководство, 1996; Жмур, 2000; Поминчук, 2011].

Исследование структуры бактериальной составляющей АИ и ее состояния, разумеется, также проводилось. До недавнего времени главными методами исследования были: посевы на селективные среды, исследование фиксированных препаратов методом световой и люминесцентной микроскопии, косвенная оценка структуры бактериальной биомассы по изучению метаболических процессов (химические и биохимические анализы, направленные на определение вещественного баланса в экосистеме АИ). Все вместе эти приемы в конечном итоге определяют регулирующие действия, выполняемые службами очистных сооружений в ответ на полученную информацию о протекании процессов очистки воды.

Известна обобщающая работа по «традиционному» биологическому мониторингу АИ, в которой изложены современные представления о систематике, физиологии и экологии микроорганизмов, отображена роль различных бактерий в процессах биологической очистки сточных вод: окислении органических загрязнений, нитри- и денитрификации, «жадном поглощении» фосфора и др. [Козлов, др., 2012].

Авторами монографии предложен простой способ экспресс-оценки количества пенообразующих филаментных (нитчатых) актиномицетов, основанный на визуальной оценке количества нитчатых бактерий и сравнении микрофотографии изучаемого образца с серией референсных изображений препаратов активного ила. Также приведены методы окраски и количественного определения фосфат-аккумулирующих бактерий, позволяющие оперативно отслеживать изменения их популяции в биоценозе активного ила. В монографии указывается, что современным микробиологам необходимо знание особенностей морфологии и физиологии бактерий специфических активных илов, формирующихся при эксплуатации сооружений по новым технологиям: аноксидное окисление аммония (ANAMMOX), аэробные гранулированные илы, плавающая загрузка с биопленкой.

Коллективом этих же авторов с коллегами-микробиологами проделана важная работа в совершенствовании метода оценки бактериальной структуры АИ методом FISH - флуоресцентной гибридизация insitu [Каллистова, др., 2014]. Показана эффективность этого метода для оценки функциональных групп микроорганизмов, осуществляющих тот или иной биохимический процесс. Впервые методом FISH для аэротенков московских очистных сооружений охарактеризован вклад в микробное сообщество активных илов основных технологически значимых групп микроорганизмов: аммоний- и нитритокисляющих, фосфат-аккумулирующих, пенообразующих бактерий, анаммокс-бактерий, а также планктомицетов и метаногенных архей. Обнаружены различия в характеристиках илов аэротенков, использующих различные технологии очистки. В группе пенообразующих бактерий обнаружены Gordonia spp. и Acinetobacter spp., утилизирующие нефть и моторные масла, и Sphaerotilus spp., утилизирующие ненасыщенные жирные кислоты, а также Candidatus Microthrixparvicella. Использование специфических зондов (FISH-анализ) успешно применяется и для технологического контроля процесса аноксидного окисления аммония [Николаев, др., 2015].

Надо отметить, что наиболее перспективными направлениями развития новых технологий очистки сточных вод являются методы, основанные на селекции специфических бактериоценозов, что было подтверждено в Информационно-техническом справочнике по наилучшим доступным технологиям [ИТС-10, 2015]. В разделе 7 «Перспективные технологии» более половины технологий основаны на селекции специфического бактериоценоза. Примеры: технологии биосорбции, АНАММОКС, фитотехнологии, мембранные биореакторы и т.п. Применение этих подходов требует новых эффективных методов мониторинга формирующихся биоценозов.

Роль биологического мониторинга в современном мегаполисе

Значение микробиологических исследований возрастает и в связи с возросшей нагрузкой на очистные сооружения по трудноокисляемым органическим соединениям (так называемым ксенобиотикам). Именно сообщества микроорганизмов представляют собой наиболее эффективный и наименее затратный способ обезвреживания этих загрязняющих веществ [Weiretal, 2006; Кузнецов, Градова, 2006; Fornietal, 2006; Саловарова, др., 2007; Sinhaetal, 2009; Abhilash, 2009].

Биологический мониторинг выполняет и еще одну важную функцию с момента возникновения очистных сооружений: оценивает количество опасных (патогенных, условно патогенных) организмов, которые могут попасть из очистного сооружения в окружающую среду (гельминты, бактерии, вирусы).

Поскольку селекцию на специальных питательных средах (условно) патогенных организмов может проводить только специализированная лаборатория (какими не являются лаборатории водоканалов), то оценка их наличия давно проводится косвенно по индикаторному организму - Escherichia coli (E. coli). Это вид грамотрицательных палочковидных бактерий, входящий в состав нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека. Наличие и количество этой бактерии свидетельствует лишь о возможности присутствия патогенных и условно патогенных организмов в сточных водах. Кроме E. coli традиционными микробиологическими методами определяют: актиномицеты, глюкозоположительные колиформные бактерии, железоокисляющие бактерии, кишечные энтерококки (фекальные стрептококки), легионеллы, псевдомонады (Pseudomonas aeruginosa), сальмонеллы, стафилококки патогенные (главным образом, Staphyllococcu saureus), сульфитредуцирующие клостридии, термотолерантные колиформные бактерии, шигеллы, колифаги, энтеровирусы. Все эти методы достаточно трудозатратны и требуют большого количества времени. Кроме того, все они лишь косвенно свидетельствуют о возможном присутствии патогенных и условно патогенных организмов. При этом роль биологического обеззараживания, о которой говорили еще основоположники гидробиологического мониторинга [Строганов, 1939; Козлова, Храмова, 1972], уже признана [Desinfection of treated wastewater, 2002], и в настоящее время активно развиваются технологии биологического обеззараживания [Ivanov, 2009].

Еще одна причина, по которой биологический мониторинг играет важную роль в экологии города: частицы АИ, вместе с очищенными стоками попадая в поверхностные водотоки и водоемы, влияют на процессы самоочищения в природных водах [Строганов, 1939; Козлова, 1973; Липеровская, Пчелкина, 1972; Липеровская, др, 1980; Щеголькова, др., 2007; Щеголькова, др., 2008; Щеголькова, Шашкина, 2010]. Эта часть исследований не потеряла актуальности и становится даже более важной в последнее время, поскольку активно развивается как научное направление - биогеохимия урбоэкосистем [Elliotetal, 2000; Decker, 2000; Shchegolkovaetal, 2001; Kaye, 2006; Kaushaletal, 2014]. Это объясняется тем, что уже более 70% населения Земли стало жить в городах. Значительный вклад в развитие биогеохимии мегаполисов сделал российский ученый Строганов С.Н., который еще в 1923 году предложил рассматривать население города как важную часть урбоэкосистемы и наглядно показал, что биогеохимические потоки в городе зависят от метаболизма представителей человеческой популяции. Данная зависимость становится количественно значимой, если этот метаболизм тотально определяется социально-политическими процессами, обуславливающими быт горожан, такими, например, как война [Строганов, 1923]. Во второй половине 20 века это было подтверждено нашими исследованиями сточной жидкости в период «перестройки» [Shchegolkova, 2007]. Учитывая значимую роль микроорганизмов в формировании качества окружающей среды мегаполиса (газообразные, жидкие и твердые среды), проблема биологического мониторинга для осуществления ремедиационных мероприятий в городе становится одной из насущнейших экологических проблем.

Методы производственного мониторинга изменялись вместе с развитием методологии химии и биологии, а также в связи с эволюцией технологий биологической очистки стоков. Например, роль гидробиологического мониторинга, как косвенной оценки нитрифицирующей способности илов была крайне важна в 70-80-е годы 20 века, когда выполнение множества химических анализов для расчета балансов веществ было гораздо длительнее и более трудоемко, чем проведение микроскопирования илов. После развития систем непрерывного химического наблюдения сточной воды по всему пути ее продвижения на очистном сооружении важность гидробиологического анализа снизилась. Однако роль гидробиологического анализа для прогноза вспучивания (вспенивания) илов по-прежнему велика. Определить увеличение числа нитчатых микроорганизмов в АИ легче и быстрее, чем проанализировать все возможные токсичные вещества, которые могут поступать на очистное сооружение (главная причина вспучивания АИ). Также важен мониторинг организмов АИ, которые определяют седиментацию флоккул АИ, особенно при развитии технологий быстрооседающих илов.

Подводя итоги вышесказанного, можно сформулировать имеющиеся на сегодняшний момент задачи биологического мониторинга, которые не утратили актуальность, а наоборот, приобретают все большее значение:
- мониторинг бактериальной структуры активных илов, которые наиболее эффективно разлагают трудноокисляемые органические токсиканты;
- мониторинг отдельных бактерий или группы бактерий, отвечающих за седиментацию и вспучивание АИ;
- мониторинг болезнетворных организмов в сточных водах, более точный и быстрый мониторинг свежего фекального загрязнения (не по E.coli).

Результаты исследований

Важная проблема исследования разнообразия природных микробных сообществ состоит в том, что подавляющее большинство находящихся (и активно развивающихся) в природных условиях микроорганизмов не удается перевести в культуру, что делает невозможным изучение этих «некультивируемых» микроорганизмов. В связи с этим обстоятельством в последние годы систематика и филогения микроорганизмов строятся все чаще на различиях в структуре генома и переходит в область геносистематики, основанной на современных достижениях молекулярной биологии (выделение ДНК, проведение ПЦР, секвенирование). Под термином «метагеном» принято понимать «совокупный» геном микробного сообщества того или иного местообитания. Изучение генетического состава метагенома происходит на основе анализа молекул ДНК, выделенных непосредственно из биоценоза. Дальнейший анализ ДНК подразумевает решение двух задач: исследование таксономической и функциональной структуры микробного сообщества. В первом случае используются генспецифичные праймеры для изучения филогенетических маркеров биоразнообразия (прежде всего, это гены 16S рРНК). Во втором случае проводят изучение функциональных генов (например, гены, продукты которых участвуют в процессах нитрификации, азотфиксации и др.).

Возможность определения структуры сообществ микроорганизмов предоставили новые методы, которые активно развиваются в мире в последние 15 лет. Технологии высокопроизводительного секвенирования, разрабатываемые компаниями Illumina, Roche (454 LifeSciences), Applied Biosystems, позволяют за короткое время получить данные как о полном метагеноме сообщества, так и об отдельных маркерных последовательностях, в частности, генов 16S рРНК. Этот метод хорошо зарекомендовал себя при анализе почв, донных (морских и речных) илов, содержимого желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) человека и животных. Этот метод показал в том числе, что видовой состав бактериоценоза ЖКТ значительно различается у жителей разных стран [Yatsunenko, 2012]. Например, только в ЖКТ японцев есть бактерии, производящие особые ферменты для расщепления порфирана. Это вещество содержится в красных водорослях, которые составляют важную часть рациона японцев [Hehemann, 2010]. Таким образом, структура бактериоценоза ЖКТ каждого города уникальна. Тогда и структура активного ила каждого города должна быть уникальна. Цель настоящего исследования заключалась в том, чтобы определить структуру активного ила в нашем регионе (в других странах этот метод изучения АИ применяется уже более 5 лет [Matsuda, 2010; Yeetal, 2011]), а также определить зависимость этой структуры от качества поступающих стоков. Первые результаты этой обширной работы изложены в нашей статье [Shchegolkova etal, 2016], обработка полученного материала продолжается.

Задачами исследования было:
1. Определить разницу в структуре активных илов трех очистных сооружений одинаковой мощности и с однотипной технологической схемой (полная биологическая очистка без удаления биогенных элементов), но с разным качественным составом поступающей воды - типичный бытовой сток (БС); бытовой сток + сток скотобойни (БС+С); бытовой сток + сток нефтесодержащих отходов (БС+Н).
2. Определить стабильность бактериальной структуры АИ во времени (пробы отбирались трижды через 1 месяц, причем в день отбора брались 3 повторности, которые делались через 15 минут в каждом месте отбора.
3. Определить стабильность бактериальной структуры ПС во времени (схема отбора проб поступающей воды аналогична отбору проб АИ).
4. Определить роль поступающих стоков (ПС) в формировании структуры АИ, так как известно, что около 10% биомассы бактерий ежедневно «обновляется» за счет поступления со сточными водами. Пробы отбирались в 6 пунктах: камера поступающей воды и середина аэротенка - в трех очистных сооружениях.

5. Выяснить эффективность биологического обеззараживания - по разнице содержания условно патогенных организмов в поступающей воде и активном иле.
6. Разработать биоинформационные методы анализа получаемых баз данных по структуре ПС и АИ.

Основные результаты представлены на рис. 1-3.

Во всех образцах были выделены 1063 таксономических единицы: 771 - в АИ, 913 - в поступающих стоках. Эти таксономические единицы представляли 48 классов, 172 семейства и 474 рода. Рис. 1 иллюстрирует относительное содержание (нормированное количество прочтений генов 16S рРНК) микроорганизмов на уровне родов. Полученные базы данных по структуре каждого образца позволяют анализировать структуру бактериоценоза на всех таксономических уровнях, начиная от рода.

Рис. 1. Структура бактериальных сообществ поступающих сточных вод и активного ила в трех очистных сооружениях (усреднено по времени). Размер букв пропорционален квадратному корню относительного содержания таксона (на уровне родов)

Например, как видно из рис.1, Acinetobacter, является наиболее распространенным родом во всех трех типах поступающих сточных вод (Acinetobacter - хемоорганотрофы с окислительным метаболизмом, строгие аэробы; различные представители этого рода могут вызывать заболевания людей и животных). При этом остальные роды в ПС трех типов очистных сооружений (ОС) были весьма разнообразными: поступающие стоки по структуре сообщества отличались как от АИ, так и от других поступающих стоков. Общим свойством для всех ПС было присутствие: метаногенных архей; родов, в которые входят условно патогенные виды бактерий (на значимом уровне); типичных родов, содержащихся в фекальных массах. Во всех ПС присутствовали, например, такие семейства, как Campylobacteraceae - (денитрификаторы, микроаэрофилы), в аэротенках их доля резко снижалась. Семейства, представленность которых очень незначительно изменилась от ПС к АИ: Flavobacteriaceae (хемоорганотрофы), Comamonadaceae (хемоорганотрофы), Moraxellaceae.

Выделен род бактерий (Faecalibacterium), который встречался только в ПС, и ни разу - в АИ. Этот род может быть более точным индикатором свежего фекального загрязнения, чем E.coli, что подтверждено публикациями американских ученых [Zheng, 2009].

Структурообразующими семействами для всех трех активных илов были Anaerolineaceae (мезофиллы, облигатные анаэробы), Bdellovibrionaceae, Chitinophagaceae ( х е м о о р г а н о т р о ф ы ) , Planctomycetaceae (к этому семейству относятся виды, осуществляющие АНАММОКС), Caldilineaceae, Nitrospiraceae, Saprospiraceae. В АИ очистного сооружения с нефтепродуктами выделялись таксоны, менее представленные в других АИ: фиксировалось 3-10-кратное увеличение (по сравнению с ОС бытовых стоков) содержания Gemmatimonas (относят к полифосфатаккумулирующим бактериям [Zhang, 2003]), Methanosarcinales (метанотрофные археи), Pseudomonadaceae, Polyangiaceae и Comamonadaceae.

Активные илы и ПС трех сооружений сильно отличались по набору преобладающих таксонов. Различие между структурой ПС и АИ наглядно показал кластерный анализ (рис. 2 - на уровне семейств).

Рис. 2. Анализ таксономической структуры активного ила и поступающих сточных вод.

(А) Дендрограмма, иллюстрирующая результаты иерархической кластеризации образцов (на уровне семейств). Два основных кластера - две группы образцов, соответствующих ПС и АИ. Кластеризация на нижних уровнях показывает сходство образцов для каждого очистного сооружения в разное время. Цвет ячейки отражает оценочное содержание бактерий различных семейств в образцах ПС и АИ (от светло-желтого к насыщенному синему - увеличение).
(В) Семейства, содержащие болезнетворные микроорганизмы, и микроорганизмы-индукторы хлопьеобразования ила отмечены с цветными квадратами

Заметно отличается от других таксономический профиль сооружения с поступлением стока скотобойни. Значительная часть бактериальных семейств (которые являются весьма распространенным в БС+С) не была представлена в других ОС. Обращает на себя внимание «сходство» этого АИ с поступающими стоками по многим семействам. Таким образом, каждый АИ этих очистных сооружений может быть охарактеризован уникальным таксономическим профилем. Различие в качестве поступающей воды определяло различие в селекции специфических групп бактерий (преимущественного роста в АИ по сравнению с ПС), которые были выделены этим исследованием (рис. 3).

Рис. 3. Трансформация структуры бактериальных сообществ после поступления стока в аэротенк (усреднено по времени). Каждый круг соответствует одному бактериальному семейству. Вертикальное положение круга показывает оценочное изменение абсолютного содержания бактерий данного семейства в АИ по сравнению с содержанием в ПС: сокращение (ниже 1) или увеличение (выше 1). Площадь круга пропорциональна общему содержанию бактерий этого семейства в единице объема при смешении в равных долях ПС и АИ для разных очистных сооружений. Красные круги соответствуют бактериальным семействам, содержащим бактерии-индукторы хлопьеобразования. Все прочие семейства указаны в градациях синего цвета. Обозначения таксонов: Co, Comamonadaceae; Fl, Flavobacteriaceae; Mi, Microbacteriaceae; Mo, Moraxellaceae; No, Nocardiaceae; Ps, Pseudomonadaceae; Rh, Rhodocyclacea; Th, Thiotrichacea; andothermajorfamilies: Aci, Acidaminococcaceae; Cal, Caldilineaceae; Cam, Campylobacteraceae; Car, Carnobacteriaceae; Me, Methanosarcinaceae; Op, Opitutaceae; Pl, Planctomycetaceae; Pr, Prevotellaceae; St, Streptococcaceae; Vei, Veillonellaceae; Ver, Verrucomicrobiaceae; Xa, Xanthomonadaceae

Заключение:
1. Примененный метод позволил количественно оценить структурные особенности бактериоценозов поступающих стоков и активных илов, и может быть применен в производственном мониторинге очистных сооружений.
2. Показано, что количество условно патогенных и патогенных организмов значительно снижается в активных илах классических очистных сооружений. Менее всего это снижение происходило в очистном сооружении, куда поступали стоки со скотобойни.
3. Показано, что структура АИ длительное время сохраняется стабильной, и это позволяет по данной структуре как по «отпечатку пальцев» определить АИ конкретного очистного сооружения.
4. Выделены таксоны, которые встречаются (и/или значительно увеличивают свое содержание) в активных илах со специфическим составом поступающей воды - избытком органических соединений животного производства (стоки скотобойни), нефтесодержащие воды.

Работа выполнялась при поддержке гранта Российского научного фонда в рамках проекта «Новые факторы загрязнения водных объектов и меры по снижению его негативного воздействия на качество вод» (соглашение №14-17-00672).

Литература:
1. Никитинский Я. Результаты микробиологических исследований, произведенных на опытной биологической станции на полях орошения гор. Москвы 1905-1907 годах // К вопросу о механизме действия биологического способа очистки сточных вод. М.: Гор. тип. 1909. 76 с.
2. Липеровская Е.С. Гидробиологический анализ активного ила. В кн.: Методика технологического контроля работы очистных сооружений городской канализации. М.:Стройиздат. 1977. C. 201-206.
3. Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. Химия воды и микробиология. - М:, Стройиздат. 1983. 230 с.
4. Гюнтер Л.И., Юдина Л.Ф., Определение параметров аэротенков по физиологическим характеристикам активного ила // Водоснабжение и санитарная техника. 1972. №11. С. 7-11.
5. Гюнтер Л.И., Беляева М.А., Юдина Л.Ф., Зенкова Н.В. Влияние технологических параметров работы аэротенков на формирование биоценозов и биохимические характеристики активного ила // Научные труды АКХ им. К.Д.Памфилова. Вып. 105. М. 1976. С. 3-14.
6. Никитина О.Г. Современная концепция биологической очистки сточных вод: новый взгляд / Вода: химия и экология. 2009. № 11. С. 9-20.
7. Банина, H.H. Оценка технологического процесса очистки воды по состоянию активного ила // Фауна аэротенков (Атлас). JL: Наука. 1984. с. 24-31
8. Методическое руководство по гидробиологическому контролю нитчатых микроорганизмов активного ила. Методы санитарно-биологического контроля. ПНД Ф СБ 14.1.92-96. М. 1996.
9. Жмур Н.С. Биоценологические изменения активного ила, функционирующего в условиях экстремального антропогенного воздействия // Автореферат дисс. на соискание ученой степени доктора биологических наук. - М.:МГУ. 2000. 49 с.
10. Поминчук, Ю. А. Экологический мониторинг состава биоценозов активного ила в зависимости от типов очистных сооружений : диссертация ... кандидата биологических наук: 03.02.08/ Петрозаводск. 2011.123 с.
11. Козлов М. Н., Дорофеев А. Г., Асеева В. Г. Микробиологический контроль активного ила биореакторов очистки сточных вод от биогенных элементов. - М.: Наука, 2012. 80 с.
12. Каллистова А.Ю., Пименов Н.В., Козлов М.Н., Николаев ЮА., Дорофеев А.Г., Асеева В.Г., Грачев В.А., Менько Е.В., Берестовская Ю.Ю., Ножевникова А.Н., Кевбрина М.В. Изучение микробного состава активных илов московских очистных сооружений / Микробиология. 2014. Т. 83. №5. С. 699-708.
13. Ю.А. Николаев, М.Н. Козлов, М.В. Кевбрина, А.Г. Дорофеев, Н.В. Пименов, А.Ю. Каллистова, В.А. Грачев, Е.А. Казакова,
А.В. Жарков, Б.Б. Кузнецов, Е.О. Патутина, Б.К. Бумажкин. Candidatus
«Jetteniamoscovienalis» sp. nov. - новый вид бактерий, осуществляющих анаэробное окисление аммония / Микробиология. 2015. Т. 84. № 2. С. 236-243.
14. Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. ИТС 10-2015. - М.: Бюро НДТ. 2015. 395 с.
15. Weir K.M., Sutherland T.D., Horne I., Russell R.J., Oakeshott J.G. A single moonoxy- genase, ese, is involved in the metabolism of the organochlorides endosulfan and endosulphate in an Arthrobacter sp. // Appl. Environ. Microbiol. 72, 2006. P. 3524-3530.
16. Кузнецов А.Е., Градова Н.Б. Научные основы экобиотехнологии. Учебное пособие. - М.: Мир. 2006. 504 с.
17. Forni C., Patrizi C., Migliore L. Floating aquatic macrophytes as a decontamination tool for antimicrobial drugs // Soil and Water Pollution Monitoring, Protection and Remediation. 2006. P. 3-23.
18. Саловарова В.П. Введение в биохимическую экологию: учеб. пособие / В.П. Сало- варова, А.А. Приставка, О.А. Берсенева. - Иркутск: Издательство Иркутского государственного университета, 2007. 159 с.
19. Sinha S., Chattopadhyay P., Pan I., Chatterjee S., Chanda P., Bandyopadhyay D., Das K. and Sen S.K. Microbial transformation of xenobiotics for environmental bioremediation // African Journal of Biotechnology. 2009. Vol. 8 (22), 16 November. P. 6016-6027.
20. Abhilash P.C., Jamil S., Singh N. Transgenic plants for enhanced biodegradation and phytoremediation of organic xenobiotics // Biotechnology Advances. 2009. Vol. 27. P. 474- 488.
21. Строганов С.Н. Загрязнение и самоочищение водоемов. - М.: Издание Всесоюзного института коммунальной санитарии и гигиены. 1939. 166 с.
22. Козлова Н.М., Храмова Э.Е. Процессы бактериологического самоочищения в нижнем течении р. Москвы (по результатам многолетних наблюдений) // Процессы загрязнения и самоочищения реки Москвы. М.: Стройиздат, 1972. С. 63-74.
23. Desinfection of treated wastewater. Guidelines for environmental management. EPA Victoria, September 2002. Publication 730. ISBN 0730676234. 30p.
24. Ivanov, A.V., Tafeeva, E.A., Davletova, N., and Gasilin, V.V. Experience in implement- ing a procedure for biological waste water disin- fection / Gig Sanit. 2010. P. 85-88.

25. Козлова Н.М. Биологическая характеристика взвешенных веществ очищенных сточных вод, поступающих в водоемы, в зависимости от режима работы аэротенков // Технология очистки сточных вод г. Москвы. М.: Стройиздат, 1973. С. 8-21.
26. Липеровская Е.С., Пчелкина Н.В. Изменения гидробиологических характеристик р. Москвы в нижнем течении в 1963-1969 гг. // Процессы загрязнения и самоочищения реки Москвы. М.: Стройиздат, 1972. С. 120-130.
27. Липеровская Е.С., Исаева Л.А., Логунова O.E. Индикаторные организмы активного ила на сооружениях биологической очистки // Самоочищение и биоиндикация загрязненных вод. М.: Стройиздат, 1980. С. 49-154.
28. Щеголькова Н.М., Козлов М.Н., Данилович Д.А., Мойжес О.В. Роль московских очистных сооружений в самоочищении р.Москвы по азоту / Экология и промышленность России, 2007. С. 40-43.
29. Щеголькова Н.М., Криксунов Е.А., Пушкарь В.Я., Бурменский В.А., Бобырев А.Е. Роль биоценоза городской реки в самоочищении // в сборнике Канализация Москвы: десять лет в новом веке. Сб. статей, место издания М.: ООО «Современная полиграфия». 2008.С. 333-342
30. Щеголькова Н.М., Шашкина П.С. Интенсификация восстановления качества речной воды и роль биологически очищенных вод в самоочищении / Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление, 2010. № 2. С. 88-100.
31. Elliott S, Isobel Simpson, D.R Blake, J.E Bossert, Judith C Chow, J.A Colina et al. Mexico City and the biogeochemistry of global urbaniza- tion / Environmental Science & Policy. 2000. №3. P. 145-156. DOI: 10.1016/S1462- 9011(00)00080-0
32. Decker, Ethan H; Elliott, Scott; Smith, Felisa A; Blake, Donald R; F Sherwood Rowland. Energy and material flow through the urban ecosystem / Annual Review of Energy and the Environment. 2000. №5. P. 685-740.
33. Shchegolkova N.M., Adgienko V.E., Danilovich D.A., Kozlov M.N. Role of the Moscow Wastewater Treatment Plant in elements reallocating in Moscow Urboecosystem / Functions of soils in The geosphere-biosphere systems, M.: MSU. 2001. P. 307-308
34. Kaye, JP, Groffman, PM, Grimm, NB, Baker, LA, Pouyat, RV. A distinct urban biogeo- chemistry? / Trends in Ecology & Evolution. Volume 21, Issue 4, P. 192-199, April 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/.
35. Kaushal Sujay S., McDowell William H., Wollheim Wilfred M.. Tracking evolution of urban biogeochemical cycles: past, present, and future / Biogeochemistry. October 2014, Volume 121, Issue 1, P.1-21.
36. Строганов С.Н. Питание Москвы в 1903-1922 г.г. по наблюдениям над сточной жидкостью. - М.: Тип. М. К. Х..1923. 32 с.
37. Shchegolkova N. M. Urban Effect on the Formation of the Moskva River Environmental State (Historical Aspect) / ISSN 0097-8078, Water Resources, 2007, Vol. 34, No. 2, pp. 217-
228. © Pleiades Publishing, Ltd., 2007.Original Russian Text © N.M. Shchegol'kova, 2007, pub- lished in VodnyeResursy, 2007. Vol. 34. № 2. P. 238-248.
38. Yatsunenko T. Rey F.E., Manary M.J., Trehan I. Human gut microbiome viewed across age and geography / Nature. 2012. № 14. P.222- 227.
39. Hehemann J-H, Correc G., Barbeyron T., Helbert W., Czjzek M., Gurvan M. Transfer of carbohydrate-active enzymes from marine bacte- ria to Japanese gut microbiota / Nature. 2010. Vol.464. P. 908-912.
40. Matsuda M1, Inoue D, Anami Y, Tsutsui H, Sei K, Soda S, Ike M. Comparative analysis of DNA-based microbial community composition and substrate utilisation patterns of activated sludge microorganisms from wastewater treat- ment plants operated under different conditions. / Water Sci Technol. 2010. V. 61(11). P.2843-2851 /http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20489257
41. Ye L, Zhang T. Pathogenic bacteria in sewage treatment plants as revealed by 454 pyrosequencing / Environ Sci Technol. 2011. V.45(17). P.7173-7179. doi: 10.1021/es201045e.
42. ShchegolkovaNataliya M., George S. Krasnov, Anastasia A. Belova, Alexey A. Dmitriev, Sergey L. Kharitonov, Kseniya M. Klimina, Nataliya V. Melnikova and Anna V. Kudryavtseva. Microbial community structure of activated sludge in treatment plants with different wastewater compositions / Original Research, Front. Microbiol. - Microbiotechnology, Ecotoxicology and Bioremediation/doi: 10.3389/fmicb.2016.00090/http://journal.fron-tiersin.org/article/10.3389/fmicb.2016.00090/full.
43. Zheng G., Yampara-Iquise H., Jones and J.E., Carson Andrew C. Development of Faecalibacterium 16S rRNA gene marker for identification of human faeces / Journal of Applied Microbiology ISSN 1364-5072 V.106 (2009) P. 634-641.
44. Zhang H, Sekiguchi Y, Hanada S, Hugenholtz P, Kim H, Kamagata Y, Nakamura K Gemmatimonasaurantiaca gen. nov., sp. nov., a gramnegative, aerobic, polyphosphate-accumulating microrganism, the first cultured representative of the new bacterial phylum Gemmatimonadetesphyl. nov. / Int J SystEvolMicrobiol . 2003. V. 53 (Pt 4).P. 1155-63. DOI:10.1099/ijs.0.02520-0. PMID 12892144.

New techniques of molecular biological diagnostics of biocenosis of sewage treatment plants and the prospects of ecological monitoring

Brief results of the authors analysis of total DNA of activated sludge DNA and the incoming effluent of three sewage treatment plants with different intake water quality method for high-throughput sequencing 16S rRNA genes. In addition the paper contains a brief review of the methods of biological monitoring of activated sludge treatment facilities. Outline the goals and objectives of biological monitoring in connection with the advent of new molecular biological analysis methods structure of a bacterial activated sludge (study of the metagenome of activated sludge).

Keywords: sewage treatment, activated sludge, biological monitoring, diagnostics biocenosis, environmental monitoring.

Szhegolkova Natalia Mikhailovna, Doctor of Biology, associate Professor, leading researcher of the Institute of water problems RAS.
119333, Moscow, Gubkina street, 3. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Krasnov Georgiy Sergeevich, Institute of molecular biology. V. A. Engelhardt. GSP-1, 119991, Moscow, Vavilov street 32. EIMB RAS). E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Kudryavtseva Anna Viktorovna, Institute of molecular biology. V. A. Engelhardt. GSP-1, 119991, Moscow, Vavilov street 32. EIMB RAS).

Журнал «Вода Magazine», №8 (108), 2016 г.