Uncovering the role of conductive nanomaterials on anaerobic digestion

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Main Author: Costa, João Carlos Sequeira
Publication Date: 2024
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: https://hdl.handle.net/1822/93609
Summary: Tese de doutoramento em Chemical and Biological Engineering
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To analyse meta-omics datasets, UPIMAPI, reCOGnizer, and KEGGCharter were developed for the functional annotation of genes and visualization of function in metabolic pathways. UPIMAPI and reCOGnizer performed whole sequence- and domain based-homology annotation, respectively, and obtained extensive functional information from UniProt, COG and other databases, along with taxonomic assignments. KEGGCharter represented the functions available for the most abundant taxonomies, and the differential expression of functions in multiple samples. Additionally, the MOSCA pipeline was expanded, and now performs preprocessing, assembly, annotation, binning, metabolic pathways mapping with KEGGCharter, and a complete metaproteomics (MP) workflow. These tools were all developed in Python and R, can be installed through Bioconda, and their workflows can be run with a single command through their command line interface. Metaomics analyses revelead intricate microbial relatioships between methanogens and typical fatty acid degrading microbes in anaerobic systems containing activated carbon and show that no changes on interspecies electron transfer mechanisms occurred. Proteomics experiments revealed major changes in protein expression by methanogens growing with and without CNM. Individual-based models were developed for simulating and exploring CNM-microorganisms interactions, and the effects of those interactions on methane production. The simulations suggested that the simple role of CNM as a surface for microbial attachment and support may have major impacts on methane production. These insights enhanced our understanding of the intricate interplay between CNM structures and microbial populations.A digestão anaeróbica (AD) é um importante bioprocesso no tratamento de águas residuais e produz metano, o principal componente do biogás. Nanomateriais condutores (CNM) afetam a AD, com diversos efeitos e graus de impacto dependendo do material e da comunidade microbiana. Para usar os impactos positivos dos CNM em tratamentos de águas residuais mais eficientes, a causa por trás dos seus efeitos tem de ser entendida. Os efeitos dos CNM foram investigados através do cultivo de células, análises meta-ómicas e modelação. Para analisar dados meta-ómicos, UPIMAPI, reCOGnizer e KEGGCharter foram desenvolvidos para anotar genes funcionalmente, e para visualizar função em mapas metabólicos. UPIMAPI e reCOGnizer fazem anotação com base em homologia de sequências e domínios, respetivamente, e obtêm extensa informação funcional da UniProt, COG e outras bases de dados, assim como atribuições taxonómicas. KEGGCharter representa as funções disponíveis para as taxonomias mais abundantes, e a expressão diferencial de funções em múltiplas amostras. Os seus resultados também podem ser usados diretamente para mapeamento com KEGGCharter. Além disso, a ferramenta MOSCA foi expandida, e agora faz pré-processamento, assembly, anotação, binning, mapeamento de vias metabólicas com KEGGCharter, e um workflow completo de análise de dados de metaproteómica (MP). Estas ferramentas foram desenvolvidas em Python e R, podem ser instaladas através da Bioconda, e os seus workflows podem ser executados com um único comando através das suas interfaces de linha de comandos. Análises meta-ómicas revelaram relações complexas entre organismos metanogénicos e típicos degradadores de ácidos gordos em sistemas anaeróbicos com carbono ativado, e mostraram que não ocorreram alterações nos mecanismos de troca de eletrões entre espécies. Experiências proteómicas revelaram profundas diferenças na expressão proteica de metanogénicos a crescer com e sem CNM. Modelos baseados em indivíduos foram desenvolvidos para simular e explorar interações entre CNM e microorganismos, e os efeitos dessas interações na produção de metano. As simulações sugeriram que o simples papel de CNM como uma superfície para fixação e suporte microbiano pode ter um grande impacto na produção de metano. Estas descobertas melhoraram o conhecimento sobre as interações entre os CNM e as populações microbianas.The work supported here was financially supported by Fundação Portuguesa para Ciência e Tecnologia (FCT) through the PhD scholarship ref. SFRH/BD147271/2019 and the strategic funding of UIDB/04469/2020 and PTDC/BTA-BTA/2249/2021 units; and the European Union, Horizon 2020 innovation action programme under grant agreement No 952908—GLOMICAVE project.Salvador, Andreia Filipa FerreiraRocha, MiguelUniversidade do MinhoCosta, João Carlos Sequeira2024-10-172026-10-17T00:00:00Z2024-10-17T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/93609eng101657382info:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-11-16T01:29:43Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/93609Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T19:13:51.675723Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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