Ushbu tadqiqot sulfametoksazol saqlovchi sintetik oqova suvni tozalashda alg-bakterial granulyar loyning (algal-bacterial granular sludge, ABGS) an’anaviy aerob granulyar loyga (aerobic granular sludge, AGS) nisbatan o‘zgaruvchan oziqa sharoitlariga qarshi funksional barqarorligini o‘rgangan. Ikki dona 0,8 litrlik ketma-ket davriy reaktor 120 kun davomida 1 mg·L⁻¹ sulfametoksazol ta’sirida ishlatilgan; kirish suvining kimyoviy kislorod talabi/umumiy azot nisbati ketma-ket 20, 15, 10 va 8 gacha kamaytirilgan. Eng past nisbat bo‘lgan C/N = 8 sharoitida ABGS ko‘proq biomassa saqlab qolgan va umumiy azot, umumiy fosfor hamda sulfametoksazolni olib tashlashda AGSdan yuqori natijalar ko‘rsatgan. Biroq ABGSda sul1 rezistentlik geni va 1-sinf integron belgisi intI1 yuqoriroq bo‘lgan. Shunday qilib, tadqiqot yuqori ifloslantiruvchi olib tashlash samaradorligi antibiotik rezistentligi nuqtai nazaridan avtomatik ravishda pastroq ekologik xavf degani emasligini ko‘rsatadi. Natijalar laboratoriya miqyosida, sintetik oqova suvga asoslangan va hali ekspertlar baholashidan o‘tmagan.

Turkiya nuqtai nazaridan baholash: Natijalar Turkiyada maishiy oqova suv, shifoxona oqova suvi, dori ishlab chiqarishidan kelib chiqadigan oqimlar va mavsumiy organik yuk o‘zgarishlariga duch keladigan tozalash inshootlari uchun o‘rganishga arzigulik yondashuvni ko‘rsatadi. Biroq Turkiyada amaliy qaror qabul qilinishidan oldin tizim haqiqiy oqova suv matritsasi, mahalliy harorat va yorug‘lik sharoitlari, o‘zgaruvchan antibiotik aralashmalari, pastroq ekologik sulfametoksazol konsentratsiyalari va pilot miqyosdagi reaktorlarda tasdiqlanishi kerak. Ushbu tadqiqot Turkiyadagi inshootlarning tozalash samaradorligini, rezistentlik genlari tarqalishini, ekspluatatsiya xarajatlarini yoki me’yoriy talablarga muvofiqligini bevosita ko‘rsatmaydi.

Tadqiqotning asosiy xulosasi shuki, ABGS ayniqsa yuqori azot yuki va past organik uglerod sharoitlarida granula tuzilishi hamda tozalash funksiyasini AGSga qaraganda yaxshiroq saqlab qolishi mumkin. Bu chidamlilik; polisaxaridga boy zich bog‘langan hujayradan tashqari polimer moddalar qatlami, ayrim funksional mikroorganizmlarning saqlanishi va denitrifikatsiya hamda energiya metabolizmiga oid genlarning nisbiy ko‘pligidagi o‘zgarishlar bilan birga kuzatilgan. Bunga qarshi, rezistentlik genlari bir yo‘nalishda kamaymagan, turli sul genlari bir-biridan farqli tendensiyalar ko‘rsatgan.

Tadqiqotning asosiy savoli nima?

Tadqiqot alg va bakteriyalar bitta granula ichida birga yashaydigan ABGS tizimi sulfametoksazol stressi ostida kirish suvining C/N nisbati bosqichma-bosqich kamaytirilganda tozalash samaradorligi va granula tuzilishini saqlab qola oladimi, degan savolni ko‘rib chiqadi. Ikkinchi asosiy savol esa barqarorroq ifloslantiruvchi olib tashlash antibiotik rezistentlik genlarining kamroq tanlanishi bilan birga kechadimi-yo‘qmi.

Sulfametoksazol (SMX) tadqiqotda model antibiotik sifatida ishlatilgan. Tadqiqotchilar faqat chiqish suvida SMX kamayishini o‘lchamagan; biomassa, cho‘kish, hujayradan tashqari polimer moddalar, transformatsiya mahsulotlari, mikrobial jamoa, metabolik genlar, antibiotik rezistentlik genlari va mobil genetik elementlarni birgalikda tekshirgan. Ushbu ko‘p qatlamli dizayn tozalash samaradorligi bilan biologik rezistentlik xavfi bir xil natijani anglatmasligini baholash imkonini bergan.

C/N nisbati qanday o‘zgartirilgan?

Tadqiqotdagi C/N ifodasi kirish suvidagi kimyoviy kislorod talabi (COD) bilan umumiy azot (TN) konsentratsiyasi o‘rtasidagi operatsion nisbatni bildiradi. Fazalar mantiqini quyidagi asosiy munosabat bilan tushuntirish mumkin:

\[ C/N = C_{\mathrm{COD}} / C_{\mathrm{TN}} \]

Bu yerda C_COD kirish suvining COD konsentratsiyasini, C_TN esa umumiy azot konsentratsiyasini ifodalaydi. Ikkala qiymat ham mg·L⁻¹ birligida ishlatilgani uchun nisbat o‘lchovsizdir. Ushbu tenglama tadqiqotda alohida matematik model sifatida berilmagan, balki faza sharoitlarini tushunish uchun jadvaldagi konsentratsiyalardan bevosita olinadi.

Birinchi o‘tish uglerod manbasini kamaytirish orqali amalga oshirilgan. COD 1.500 mg·L⁻¹ qiymatidan 1.125 va keyin 1.000 mg·L⁻¹ darajasigacha tushirilgan. Keyingi o‘tishda COD 1.000 mg·L⁻¹ darajasida ushlab turilib, umumiy azot 100 va 125 mg·L⁻¹ qiymatlarigacha oshirilgan. Shunday qilib, sonli C/N kamayishi ikki xil ekologik bosim hosil qilgan: avval uglerod cheklanishi, keyin esa ortgan azot yuki.

Alg-bakterial granulyar loy nima?

ABGS mikroalglar va bakteriyalar zich, cho‘kuvchan granulalar ichida birgalikda mavjud bo‘ladigan biologik tozalash tuzilmasidir. Tadqiqotda mikroalg komponenti sifatida Chlorella vulgaris FACHB-31 ishlatilgan. Alglar va yetilgan aerob granulyar loy quruq og‘irlik asosida 1:25 nisbatda aralashtirilgan. Taqqoslash tizimi bo‘lgan AGSda esa mikroalg qo‘shilmagan.

Tadqiqotchilar taklif qilgan mexanizmga ko‘ra, alg-bakteriya hamkorligi fotosintezga bog‘liq kislorod ishlab chiqarilishi, alg kelib chiqishli organik moddalar, hujayralararo metabolit almashinuvi va granula matritsasi orqali bakteriyalarning o‘zgaruvchan oziqa sharoitlariga moslashuvini qo‘llab-quvvatlashi mumkin. Biroq tadqiqot bu mexanizmlarning har birini alohida tajribalar bilan bevosita o‘lchamagan. Shu sababli fotosintetik yordam va alg kelib chiqishli uglerod hissasi o‘lchangan samaradorlik bilan mos keluvchi mexanistik talqinlardir; ular aniq sababiy dalil sifatida baholanmasligi kerak.

Granula tuzilishi va biomassa barqarorligi qanday o‘zgargan?

1-rasm ikki reaktordagi aralash suyuqlikdagi muallaq qattiq modda (MLSS), uchuvchan muallaq qattiq modda nisbati va besh daqiqalik loy hajm indeksining (SVI₅) 120 kun davomida o‘zgarishini ko‘rsatadi. MLSS reaktorda saqlanadigan umumiy biomassani, SVI₅ esa loyning besh daqiqalik cho‘kishdan keyingi hajmini bildiradi. Pastroq SVI₅, odatda zichroq va yaxshiroq cho‘kuvchi granulalarni anglatadi.

Boshlang‘ich fazada ikkala tizimda ham MLSS taxminan 11 g·L⁻¹ darajasiga yaqinlashgan va SVI₅ taxminan 80 mL·g⁻¹ dan 40 mL·g⁻¹ atrofida tushgan. ABGSning I-fazadagi o‘rtacha MLVSS/MLSS nisbati %87,9, AGSniki esa %85,2 deb bildirilgan. Bu nisbat umumiy muallaq qattiq moddaning biologik jihatdan faolroq deb qabul qilinadigan uchuvchan qismini taqqoslaydi.

Azot yuki oshgan oxirgi ikki fazada tizimlar bir-biridan farqlana boshlagan. AGSda MLSS eng past 7,31 g·L⁻¹ gacha kamaygan va SVI₅ 50 mL·g⁻¹ darajasiga ko‘tarilgan. Bu o‘zgarish biomassa yo‘qolishi va bo‘shroq granula tuzilishiga mos keladi. ABGS esa 9,8–11,7 g·L⁻¹ MLSS oralig‘ini va taxminan 39 mL·g⁻¹ SVI₅ qiymatini saqlagan. Tadqiqot xulosasida C/N = 8 sharoiti uchun ABGS biomassasi 10,75 ± 1,34 g·L⁻¹, SVI₅ qiymati 39,43 mL·g⁻¹ deb berilgan.

ABGSda xlorofill-a miqdori III-fazada 2,57 mg·L⁻¹ darajasigacha kamaygan, xlorofill-a/xlorofill-b nisbati IV-fazada o‘rtacha 2,15 gacha tiklangan. Bu natija mikroalglar stress paytida pigment tarkibini o‘zgartirganini ko‘rsatadi; biroq pigment o‘zgarishi o‘z-o‘zidan yuqori tozalash samaradorligining sababi ekanini isbotlamaydi.

Hujayradan tashqari polimer moddalar nega muhim?

Hujayradan tashqari polimer moddalar (extracellular polymeric substances, EPS) granula ichidagi hujayralarni bir-biriga bog‘laydigan oqsil va polisaxaridlardan tashkil topgan matritsani anglatadi. Tadqiqotda EPS bo‘sh bog‘langan EPS (LB-EPS) va zich bog‘langan EPS (TB-EPS) sifatida ikki qismga ajratilgan; har bir qismdagi polisaxarid (PS) va oqsil (PN) miqdori o‘lchangan.

Uglerod kamaytirilgan II-fazada ham LB-EPS, ham TB-EPS kamaygan, eng kuchli pasayish granula yuzasiga bo‘shroq bog‘langan LB-EPS qismida kuzatilgan. Azot yuki oshirilib C/N nisbati 8 gacha tushirilgan oxirgi fazada umumiy TB-EPS miqdorlari bir-biriga yaqin bo‘lgan: AGSda 6,62, ABGSda 6,29 mg·g⁻¹ VSS. Bunga qarshi LB-EPS ABGSda 1,21; AGSda 1,91 mg·g⁻¹ VSS bo‘lgan.

Shu taqsimot sabab TB-EPS/LB-EPS nisbati ABGSda 5,19, AGSda 3,47 ga yetgan. ABGS TB-EPS qismining %80,6 ini polisaxaridlar tashkil qilgan bo‘lsa, AGSda bu ulush %76,1 dir. Umumiy EPS ichidagi PS/PN nisbati ham ABGSda 6,08, AGSda 4,94 deb hisoblangan. Demak, ABGSning ustunligi har bosqichda ko‘proq umumiy EPS ishlab chiqarish emas, balki hujayradan tashqari materialning polisaxaridga boy va granulaga zich bog‘langan qismda saqlanishidir.

2-rasmdagi vaqt qatorlari ushbu qayta taqsimlanishni ko‘rsatadi. Polisaxaridga boy zich bog‘langan matritsa hujayralarning granuladan ajralishini cheklaydigan jelga o‘xshash tuzilma hosil qilishi mumkin. Biroq tadqiqot EPS tuzilishini mexanik chidamlilik testi bilan bevosita bog‘lamagan; strukturaviy himoya talqini bir vaqtda kuzatilgan EPS va cho‘kish natijalariga asoslanadi.

Uch o‘lchamli qo‘zg‘atish-emissiya matritsasi floresans tahlilida triptofanga o‘xshash Peak B signali I-fazadan II-fazaga AGSda 583,5 dan 942,5 gacha, ABGSda 722,0 dan 1.145,0 gacha ko‘tarilgan. C/N = 10 sharoitida bu signal ABGSda 635,8, AGSda 167,3 deb bildirilgan. Oqsil konsentratsiyasi ABGSda doimiy ravishda yuqori bo‘lmagani sabab tadqiqotchilar bu holatni umumiy oqsil miqdorining ko‘payishi emas, balki aromatik oqsilga o‘xshash floresan komponentlarning nisbiy hissasi o‘zgargani sifatida talqin qilgan.

Asosiy ifloslantiruvchilarni olib tashlash qanday o‘zgargan?

3-rasmga ko‘ra, ikkala tizim ham 120 kun davomida %94 dan yuqori COD olib tashlash samaradorligini ta’minlagan va hech bir fazada reaktorlar o‘rtasida mazmunli COD olib tashlash farqi kuzatilmagan. Bu natija past C/N sharoitida ikkala tizim ham oson parchalanadigan organik yukni katta darajada olib tashlay olganini ko‘rsatadi.

I va II-fazada ammoniy azotini olib tashlash ikkala reaktorda ham o‘rtacha %97 dan yuqori bo‘lib qolgan. Chiqish nitrit azoti 0,2 mg·L⁻¹ dan past ushlab turilgan; aksincha, uglerod kamaygan sari nitrat to‘planishi oshib, umumiy azot olib tashlash pasaygan. Bu holat ammoniyning nitratgacha oksidlanishi davom etganini, ammo uglerod cheklanishi nitratning azot gazigacha qaytarilishini cheklaganini ko‘rsatadi.

Azot yuki birinchi marta oshirilgan III-fazada ikkala tizimning nitrifikatsiya va umumiy oziqa olib tashlashida tebranishlar kuzatilgan. Uzoq muddatli moslashuvdan so‘ng IV-fazada ABGSning o‘rtacha ammoniy azoti olib tashlashi %98,85, umumiy azot olib tashlashi %63,04 va umumiy fosfor olib tashlashi %59,13 ga yetgan. Umumiy azot va umumiy fosfor olib tashlash ko‘rsatkichlari shu fazadagi AGS natijalaridan statistik jihatdan mazmunli darajada yuqori bo‘lgan (p < 0,01).

C/N = 8 sharoitida ABGSning umumiy azot, umumiy fosfor va SMX olib tashlash ko‘rsatkichlari AGS qiymatlaridan mos ravishda 13,89, 35,50 va 22,69 foiz punktga yuqori bo‘lgani bildirilgan. Bu taqqoslash ABGS o‘rta va yuqori C/N qiymatlarida doim ustun degani emas, balki ayniqsa past uglerod/yuqori azot va uzoq muddatli antibiotik bosimi sharoitida yaxshiroq tiklanganini ko‘rsatadi.

Sulfametoksazol olib tashlash nimani ko‘rsatdi?

SMX olib tashlash dastlab past bo‘lgan. Birinchi o‘lchovlarda AGS %13,87, ABGS %12,31 olib tashlash ko‘rsatgan bo‘lsa, I-faza oxirida qiymatlar mos ravishda %37,96 va %40,44 gacha oshgan. II-faza oxirida AGS %53,98, ABGS %57,37 ga yetgan. Tadqiqotchilar bu bosqichma-bosqich oshishni SMX transformatsiyasida ishtirok etuvchi jamoalarning vaqt o‘tishi bilan moslashuvi bilan bog‘lagan.

III-fazada eng yuqori SMX olib tashlash AGSda %93,72, ABGSda %92,72 sifatida o‘lchangan. IV-fazada davomli yuqori azot yuki va past C/N sharoiti ikkala tizimga ham salbiy ta’sir qilgan; biroq ABGS %66,78 olib tashlashni saqlagan, AGS esa %44,09 gacha tushgan. 4-rasmdagi vaqt qatori ABGS ustunligi butun tajriba davomida doimiy bo‘lmaganini, eng og‘ir yakuniy fazada aniqroq namoyon bo‘lganini ko‘rsatadi.

Bu natijalar chiqish suvida SMX konsentratsiyasi kamayganini ko‘rsatadi; ammo olib tashlashning barchasi biologik parchalanishdan kelib chiqqani isbotlanmagan. Tadqiqot EPSga bog‘lanish, granula ichida saqlanish va biologik transformatsiyaning nisbiy hissalarini alohida miqdoriy baholamagan.

SMX qaysi mahsulotlarga aylangan?

LC-MS tahlili asosiy SMX molekulasidan tashqari P2–P13 deb nomlangan 12 transformatsiya mahsulotini aniqlagan. 4-rasmda ko‘rsatilgan tuzilmalar uch bosqichli transformatsiya sxemasi bilan izohlangan:

1. Dastlabki strukturaviy o‘zgarishlar: Aromatik gidroksillanish, amino guruhining oksidlanishi va izoksazol halqasidagi o‘zgarishlar natijasida P2–P5 hosil bo‘lgan. Bu bosqichda sulfonamid tuzilmasining katta qismi saqlangan.
2. Bog‘ning parchalanishi: Sulfonamid bog‘i uzilishi bilan kichikroq va bir halqali P6–P9 mahsulotlari yuzaga kelgan.
3. Chuqur transformatsiya: Tuzilmalar kichikroq izoksazol hosilalariga hamda azot yoki oltingugurt saqlovchi past molekulyar massali P10–P13 mahsulotlariga aylangan.

Toksiklik natijalari tajribaviy tirik organizm testi emas, balki Toxicity Estimation Software Tool (TEST) modelining prognozlaridir. Modelda asosiy SMX molekulasi yuqori rivojlanish toksikligini ko‘rsatgan; P2–P5 mahsulotlari shunga yaqin darajalarda qolgan. P6, P7 va P11 uchun prognoz qilingan mutagenlik asosiy SMXdan yuqori bo‘lgan. Keyingi transformatsiya mahsulotlarining ko‘pchiligida rivojlanish toksikligi va bioakkumulyatsiya salohiyati kamaygan.

Bu topilma antibiotik konsentratsiyasining kamayishi barcha oraliq mahsulotlar darhol xavfsizroq bo‘ldi degani emasligini ko‘rsatadi. Transformatsiyaning o‘rta bosqichida ayrim xavf ko‘rsatkichlari vaqtincha oshishi mumkin. Biroq tadqiqot prognoz qilingan toksiklik natijalarini tirik organizmlar bilan tasdiqlamagan va yakuniy mineralizatsiya darajasini bevosita o‘lchamagan.

Mikrobial jamoa qanday qayta tuzilgan?

Metagenomik namunalar har faza oxirida AGS uchun A1–A4, ABGS uchun B1–B4 sifatida yig‘ilgan. Uglerod kamaytirilgan dastlabki ikki fazada ikkala reaktorda ham tur boyligi va xilma-xillik ko‘rsatkichlari oshgan. Azot yuki oshirilgan III va IV-fazada esa ABGSda boylik va jamoa tengligi ancha kamayib, kam sonli dominant guruhlarning nisbiy ulushi oshgan.

Bu holat tizim funksiyasini yo‘qotgan degani emas. Aksincha, ABGS keng va teng taqsimlangan jamoani saqlash o‘rniga, stress ostida faoliyat ko‘rsata oladigan muayyan mikroorganizmlarning tanlanishi orqali yanada konvergent jamoa hosil qilgan.

5-rasmda ikki tizimning asosiy filumlari Pseudomonadota, Actinomycetota va Bacteroidota bo‘lib, bu guruhlar umumiy metagenom o‘qishlarining taxminan %70–90 ini tashkil qilgan. Pseudomonadota AGSda dastlabki uch fazada taxminan %38–40 darajasida qolgan, IV-fazada %28,59 gacha kamaygan. ABGSda esa bosqichma-bosqich ortib %39,14 ga yetgan. Actinomycetota ning ABGSdagi eng yuqori ko‘pligi %46,06 deb bildirilgan.

Micropruina va Propionibacterium avlodlari ABGSda %8,81–11,53, AGSda %5,71–8,87 oralig‘ida bo‘lgan. SMX transformatsiyasi va aerob denitrifikatsiya bilan bog‘langan Hydrogenophaga AGSda %14,59 dan %0,23 gacha tushgan, ABGSda esa nisbatan barqarorroq saqlangan. Denitrifikatsiya bilan bog‘langan Thauera ikkala reaktorda ham kamaygan, biroq pasayish ABGSda cheklanganroq bo‘lgan.

Tur darajasidagi metrik bo‘lmagan ko‘p o‘lchovli masshtablash (NMDS) grafigida ABGS namunalari zichroq, AGS namunalari esa tarqoqroq guruhlangan. PERMANOVA tahlili jamoalar o‘rtasida mazmunli farq ko‘rsatgan: R² = 0,37 va p = 0,027. NMDS stress qiymatining 0,020 bo‘lishi ikki o‘lchovli tasvir jamoa masofalarini yaxshi ifodalashini ko‘rsatadi.

Metabolik genlar qaysi moslashuv mexanizmlariga ishora qilgan?

KEGG va COG tasniflari ikki tizimda ham genlarning katta qismi metabolizm kategoriyasiga tegishli ekanini ko‘rsatgan. Uglevod metabolizmi, aminokislota metabolizmi, energiya metabolizmi, hujayra membranasi va hujayra devori hosil bo‘lishi hamda signal uzatish asosiy funksiyalar qatorida bo‘lgan. ABGSning kech faza namunalarida signal uzatish va hujayra qobig‘i biogeneziga oid kategoriyalarning yuqoriroq vakilligi hujayraviy boshqaruv va himoya javoblari saqlanib qolgan deb talqin qilingan.

Uglerod kamaytirilgan I–II-fazalar orasida AGSda ammiak oksidlanishining bir bosqichi bilan bog‘liq hao geni %114 oshgan; nirK, nirS, norB, norC va nosZ kabi denitrifikatsiya genlari %5–26 kamaygan. Polisaxarid prekursor sintezi bilan bog‘liq manA, galU, glmM, glmU va gmd genlari ham %3–12 kamaygan. Bu taqsimot cheklangan uglerod hujayra saqlanishi va nitrifikatsiyaga yo‘naltirilgan paytda denitrifikatsiya va EPS sintezi cheklanganini ko‘rsatadi.

ABGSda hao oshishi %72 bilan nisbatan cheklangan; ATP hosil bo‘lishi bilan bog‘langan EC 7.2.2.19 fermentining nisbiy ko‘pligi o‘n bir martadan ko‘proq oshgan. Bu natija uglerod bosimi paytida energiyani saqlash qobiliyati qayta tashkil etilganini ko‘rsatadi. Biroq gen ko‘pligi bevosita ferment faolligi yoki haqiqiy metabolik oqim o‘lchovi emas.

Azot yuki oshgan III–IV-fazalar orasida AGSda nirB va nirD genlari %53 dan ko‘proq, norB esa %37 oshgan. EPS bilan bog‘liq rmd taxminan %47 kamaygan, ayrim fosfor va energiya metabolizmi fermentlari esa %46–60 oshgan. ABGSda esa nirS, norB va nosZ mos ravishda taxminan %90, %48 va %14 oshgan. Bu birgalikdagi oshish nitritdan azot gazigacha davom etadigan denitrifikatsiya zanjiri yaxshiroq muvozanatda saqlanganiga mos keladi.

Antibiotik rezistentlik genlari kamayganmi?

Yo‘q. ABGSning yuqoriroq SMX olib tashlash ko‘rsatkichi barcha antibiotik rezistentlik genlari kamayishiga olib kelmagan. 8-rasmda keng ARG sinflarining tarkibi fazalar davomida nisbatan barqaror qolgan. Ko‘p dori rezistentligi genlari umumiy ARG profilining %32,0–34,6 ini, peptid rezistentligi genlari esa %14,2–15,4 ini tashkil qilgan.

Asosiy farqlanish alohida sulfonamid rezistentlik genlarida kuzatilgan. ABGSda sul1 nisbiy ko‘pligi I-fazadan IV-fazagacha to‘rt baravar oshgan. AGSda sul1 III-fazada boshlang‘ich qiymatining 4,2 baravariga chiqqan, IV-fazada %23,7 kamaygan. Yakuniy fazada ABGSning sul1 ko‘pligi AGSdan %98,6 yuqori, boshqacha aytganda taxminan ikki baravar bo‘lgan.

Bunga qarshi sul2 va sul3 ABGSda AGSga qaraganda mos ravishda %18,7 va %45,6 past bo‘lgan. Bu natija alg-bakterial tizim sulfonamid rezistentlik genlarini umumiy tarzda bostirmasligini; turli rezistentlik genlarini tashuvchi mezbonlar va genetik tuzilmalar har xil tarzda tanlanishini ko‘rsatadi.

Mobil genetik element (mobile genetic element, MGE) sinflarining umumiy tarkibi cheklangan darajada o‘zgargan. Transpozazalar MGE profilining %68,0–70,7 ini, rekombinazalar %19,3–21,6 ini va integrazalar %8,5–9,6 ini tashkil qilgan. Bunga qarshi 1-sinf integron ko‘rsatkichi intI1 sezgirroq o‘zgaruvchi bo‘lgan.

AGSda intI1 II-fazadan III-fazaga 3,5 baravar oshgan va IV-fazada %57,4 kamaygan. ABGSda II-faza bilan IV-faza orasida 4,2 baravar oshgan va yakuniy fazada AGSdan %25,8 yuqori bo‘lgan. ABGSda intI1 va sul1 oshishining birga kuzatilishi integronlar bilan bog‘liq rezistentlik naqshiga ishora qiladi. Biroq metagenomik nisbiy ko‘plik ma’lumotlari bu genlar ayni DNA bo‘lagida joylashganini yoki gorizontal gen uzatilishi yuz berganini bevosita isbotlamaydi.

C/N, EPS va rezistentlik genlari o‘rtasidagi munosabatlar qanday?

9-rasmdagi Mantel tahlili C/N nisbati bakterial jamoa tarkibi bilan eng kuchli mazmunli bog‘lanishga ega o‘zgaruvchi ekanini ko‘rsatgan. Bunga qarshi C/N bilan ARG matritsasi o‘rtasida bevosita mazmunli bog‘lanish aniqlanmagan. Bu natija oziqa nisbati rezistentlik genlarini to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘zgartirishdan ko‘ra, avvalo mikrobial jamoani qayta tuzish orqali bilvosita ta’sir qilishi mumkinligi haqidagi qarashga mos keladi.

Zich bog‘langan EPS ichidagi oqsil miqdori bo‘lgan TB-PN ham bakterial jamoa farqlari, ham ARG profillari bilan mazmunli bog‘lanish ko‘rsatgan yagona EPS bo‘limi bo‘lgan. Biroq korrelyatsiya TB-PN rezistentlik genlarining uzatilishiga sabab bo‘lishini isbotlamaydi. Tadqiqotda gen uzatilishi, rezistentlik genlarini tashuvchi mezbonlarning o‘zgarishi, biomassa saqlanishi va hujayradan tashqari DNA hissasi bir-biridan ajratilmagan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan xulosalar

• ABGS eng past C/N nisbatida AGSdan ko‘proq biomassa saqlagan va yaxshiroq cho‘kish xususiyatini ko‘rsatgan.
• IV-fazada ABGSning umumiy azot, umumiy fosfor va SMX olib tashlash ko‘rsatkichlari AGSdan yuqori bo‘lgan.
• ABGSda hujayradan tashqari material polisaxaridga boy zich bog‘langan EPS qismida ko‘proq to‘plangan.
• ABGSning mikrobial jamoasi azot yuki ostida bir nechta chidamli funksional guruhlar ustun bo‘lgan konvergentroq tuzilishga yo‘nalgan.
• Tozalash samaradorligi bilan antibiotik rezistentlik genlari bir xil yo‘nalishda o‘zgarmagan.
• sul1 va intI1 yakuniy fazada ABGSda yuqori, sul2 va sul3 esa past bo‘lgan.

Tadqiqot isbotlamaydigan xulosalar

• ABGS haqiqiy maishiy, shifoxona yoki farmatsevtika sanoati oqova suvida ayni samaradorlikni berishi isbotlanmagan.
• Yuqoriroq SMX olib tashlash antibiotik rezistentligi xavfini kamaytirishi ko‘rsatilmagan.
• SMX olib tashlashda adsorbsiya, granula ichida saqlanish va biologik parchalanishning alohida hissalari aniqlanmagan.
• intI1 va sul1 genlari ayni mobil genetik tuzilma ustida joylashgani ko‘rsatilmagan.
• Gorizontal gen uzatilishi bevosita o‘lchanmagan.
• TEST modeli bilan prognoz qilingan toksiklik tirik organizm tajribalari bilan tasdiqlanmagan.
• Pilot yoki to‘liq miqyosli inshoot samaradorligi, uzoq muddatli ekspluatatsiya xarajati va mavsumiy dala barqarorligi ko‘rsatilmagan.

Tadqiqotning kuchli tomonlari va cheklovlari nimalar?

Tadqiqotning kuchli tomoni shundaki, u faqat chiqish suvi sifatini emas, balki granula tuzilishi, EPS tarkibi, SMX transformatsiya mahsulotlari, prognoz qilingan toksiklik, mikrobial jamoa, funksional genlar, ARGlar va MGElarga bir xil tajriba vaqt chizig‘ida baho bergan. Uglerodni kamaytirish bilan azotni oshirish alohida fazalarda qo‘llangani uchun ayni sonli C/N kamayishi turli oziqa o‘zgarishlari orqali turli ekologik ta’sirlar hosil qilishi mumkinligi ko‘rsatilgan.

Asosiy cheklov tajriba sintetik oqova suv ishlatilgan 0,8 litrlik laboratoriya reaktorlarida o‘tkazilganidir. Asosiy matn har bir tizim uchun bitta AGS va bitta ABGS reaktorini ta’riflaydi; mustaqil reaktor takrorlari bildirilmagan. Vaqt bo‘yicha takroriy o‘lchovlar mustaqil reaktor replikatsiyasi beradigan noaniqlik bahosining o‘rnini bosa olmaydi.

SMX kirish konsentratsiyasi tajriba davomida 1 mg·L⁻¹ da doimiy saqlangan. Turli antibiotiklar birga bo‘ladigan haqiqiy oqova suvlar, o‘zgaruvchan harorat, yorug‘lik, pH, sho‘rlanish va ingibitor moddalar sinovdan o‘tkazilmagan. Loy yoshi nazorat qilinmagan. Shuningdek, batafsil reaktor sikli, mikroelementlar, analitik usullar va bioinformatik parametrlar qo‘shimcha fayllarga yo‘naltirilgan; bu qo‘shimchalar yuklangan versiyada mavjud emas.

Avvalgi tadqiqotlar doimiy sharoitlarda ABGS antibiotik olib tashlashda ustunlik berishi mumkinligini ilgari surgan bo‘lsa, ushbu tadqiqot bu ustunlik oziqa muvozanatsizligi ostida ham ma’lum darajada saqlanishini o‘rgangan. Hozirgi hissa shundaki, tozalash samaradorligi bilan rezistentlik geni xatti-harakatlarini birga kuzatish zarurligini ko‘rsatadi. Kelajakdagi asosiy ehtiyoj esa haqiqiy oqova suv, pilot miqyos, mustaqil reaktor takrorlari, mutlaq gen nusxa sonlari, gen-mezbon moslashtirish va gorizontal uzatishni bevosita o‘lchashdir.

Tadqiqot usuli va natijalari

Tajriba dizayni

Reaktorlar va boshlang‘ich biomassa

• Ikki parallel silindrsimon foto-ketma-ket davriy reaktor ishlatilgan.
• Har bir reaktorning samarali hajmi 0,8 L, diametri 6,5 cm va balandligi 32,0 cm.
• Reaktorlardan biri AGS, ikkinchisi ABGS uchun ishlatilgan.
• Hajm almashish nisbati %50, gidravlik saqlanish vaqti 12 soat va sikl vaqti 6 soat.
• Loy yoshi nazorat qilinmagan.
• Yoritish 12 soat yorug‘lik va 12 soat qorong‘ilik rejimida LED lampalar bilan ta’minlangan.
• SMX tajriba davomida kirish suviga 1 mg·L⁻¹ konsentratsiyada qo‘shilgan.
• ABGS uchun Chlorella vulgaris FACHB-31 va yetilgan AGS quruq og‘irlik asosida 1:25 nisbatda aralashtirilgan.
• Mikroalg kulturasi 7 × 10⁶ hujayra·mL⁻¹ zichligida ishlatilgan.
• Boshlang‘ich MLSS qiymati 4.610 mg·L⁻¹, SVI₅ qiymati 57 mL·g⁻¹ deb berilgan.

O‘lchov va tahlil usullari

Metagenomik namunalar har faza oxirida olingan, suyuq azotda tez muzlatilgan va DNA ekstraksiyasigacha −80 °C da saqlangan. DNA E.Z.N.A. Soil DNA Kit bilan ajratilgan. Ma’lumotlar to‘plami uchun NCBI topshirish raqami SUB16238616 deb berilgan.

Asosiy sonli topilmalar

Natijalarning texnik ma’nosi

ABGSning asosiy afzalligi butun tajriba davomida uzluksiz ravishda yuqori olib tashlashni ta’minlagani emas. Afzallik ayniqsa uglerod past, azot yuki yuqori va antibiotik ta’siri uzoq muddatli bo‘lgan oxirgi fazada paydo bo‘lgan. Granula matritsasining polisaxaridga boy zich bog‘langan qismga yo‘nalishi, ayrim denitrifikatsiya genlarining saqlanishi va stressga chidamli taksonlarning tanlanishi funksional tiklanish bilan birga kuzatilgan.

Biroq tizimning rezistentlik profili bir yo‘nalishli emas. sul2 va sul3 ABGSda pastroq bo‘lsa, sul1 va intI1 yuqoriroqdir. Shu sababli ABGS kabi biologik tozalash tizimlarini baholashda faqat antibiotik konsentratsiyasi va klassik suv sifati parametrlari emas, balki gen darajasidagi rezistentlik ko‘rsatkichlari ham kuzatilishi kerak.

Manba va usul haqida izoh

Tadqiqotning to‘liq asl nomi:Unraveling the Functional Stability and Resistance-Gene Dynamics of Algal-Bacterial Granular Sludge in Treating Antibiotic-Containing Wastewater under Stepwise C/N Reduction

Mualliflar va ularning tartibi: Peiyuan Zhang; Ting Zhang; Jan Baeyens; Wei Xiong; Gang Xiao; Haijia Su.

Teng birinchi muallif haqida ma’lumot: Tadqiqotda teng hissa yoki teng birinchi mualliflik bayonoti mavjud emas.

Mas’ul mualliflar: Wei Xiong, Gang Xiao va Haijia Su.

Muassasalar:

1. State Key Laboratory of Green Biomanufacturing; Beijing Key Laboratory of Green Chemicals Biomanufacturing; College of Life Science and Technology, Beijing University of Chemical Technology, Pekin, Xitoy.
2. Engineering Laboratory of Low-Carbon Unconventional Water Resources Utilization and Water Quality Assurance; College of Environmental Science and Engineering, Nankai University, Tianjin, Xitoy.
3. Department of Chemical Engineering, KU Leuven, Sint-Katelijne-Waver, Belgiya.

DOI: 10.2139/ssrn.7201925. DOI ma’lumoti yuklangan matnning sarlavha sahifasida yozilmagan, rasmiy SSRN qaydida mavjud.

Jurnal: Ushbu tadqiqot orqali hakamlikdan o‘tgan jurnal nomi yoki qabul qilingan jurnal versiyasi tasdiqlanmagan.

Nashr platformasi: SSRN.

Platforma operatori: Elsevier Inc.

Nashr yili: 2026.

Manba turi va hakamlik holati: Ushbu tadqiqot hakamlik baholashidan o‘tmagan eksperimental preprintdir. Natijalar ushbu cheklov hisobga olinib baholanishi kerak.

Rasmiy manba havolasi:https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=7201925

Mualliflar hissasi: Peiyuan Zhang ma’lumotlarni tartibga solish, metodologiya, dasturiy ta’minot, dastlabki qoralama va vizualizatsiya; Ting Zhang metodologiya va dasturiy ta’minot; Jan Baeyens dasturiy ta’minot va maslahat; Wei Xiong metodologiya va dastlabki qoralama; Gang Xiao konseptualizatsiya, resurslar, ko‘rib chiqish-tahrirlash, maslahat, loyiha boshqaruvi va moliyalashtirish; Haijia Su konseptualizatsiya, ko‘rib chiqish-tahrirlash, maslahat va moliyalashtirish vazifalarini bajargan.

Ushbu o‘zbekcha izoh yuklangan tadqiqot matni, 1-jadvali, grafik xulosasi va 1–9-rasmlardagi eksperimental natijalar o‘rganilib tayyorlangan. Tadqiqotda bo‘lmagan tashqi ilmiy topilmalar qo‘shilmagan. Tashqi tekshiruv faqat sarlavha, DOI, nashr platformasi va nashr identifikatsiyasini tasdiqlash uchun ishlatilgan.

Tadqiqotning asosiy metodologik cheklovlari sintetik oqova suv ishlatilgani, 0,8 litrlik laboratoriya miqyosi, har bir tizim uchun mustaqil reaktor takrorlari ko‘rsatilmagani, faqat 1 mg·L⁻¹ SMX sharoiti qo‘llangani, loy yoshi nazorat qilinmagani, prognoz qilingan toksiklik modeli tajribaviy toksiklik testi bilan tasdiqlanmagani va qo‘shimcha metod fayllari yuklangan versiyada mavjud emasligidir. Metagenomik nisbiy gen ko‘pliklari ferment faolligini, mutlaq gen nusxa sonini, genlarning ayni tashuvchi ustidagi joylashuvini yoki gorizontal gen uzatilishini bevosita isbotlamaydi.