Dynamics of Microbial Communities in Newly Installed PE Pipes
(2025) KMBM05 20251Applied Microbiology
- Abstract
- The development of the water-borne microbiome in newly installed polyethylene pipes of a non-chlorinated drinking water distribution system was studied over a period of six months. Water samples were taken from two identical newly installed pipes (“NP1”, “NP2”), as well as from a reference point at equal distance (“DS1”). These water samples were filtered and had the DNA extracted using FastDNA SPIN™ Kit for Soil, prior to full-length 16S rRNA amplicon sequencing using Oxford Nanopore MinION. Due to the low biomass amounts in the samples, the results were partially masked by a large contamination of Pseudomonas, likely originating from the extraction kit. The study found that the microbiome in NP1 and NP2 was not dependent on which pipe... (More)
- The development of the water-borne microbiome in newly installed polyethylene pipes of a non-chlorinated drinking water distribution system was studied over a period of six months. Water samples were taken from two identical newly installed pipes (“NP1”, “NP2”), as well as from a reference point at equal distance (“DS1”). These water samples were filtered and had the DNA extracted using FastDNA SPIN™ Kit for Soil, prior to full-length 16S rRNA amplicon sequencing using Oxford Nanopore MinION. Due to the low biomass amounts in the samples, the results were partially masked by a large contamination of Pseudomonas, likely originating from the extraction kit. The study found that the microbiome in NP1 and NP2 was not dependent on which pipe was sampled (p=0.68) but rather developed identically in parallel, suggesting that the development was largely deterministic. Unfortunately, there seemed to be large sampling variation, introducing uncertainty into the study. The time from start of commissioning seemed to be the primary factor (~20% variance explained, p<0.001) in explaining the variance of the samples. What is observed in this study is likely only part of the pipe microbiome development, with the microbiome of NP1 and NP2 being very different from DS1 at the end of sampling. Prominent taxa in the new pipes included Gaiella, Aquabacterium, Rhodoferax, and Pseudomonas, with Curvibacter possibly serving as a secondary biofilm colonizer. Taxa that changed significantly in abundance through the period were identified using linear regressions and statistical testing (p<0.05). Among these were Patulibacter, a soil bacteria thought to be a contaminant which decreased throughout the period, and Roseateles, a plastic-degrading bacteria that increased throughout the period. Both of these were unique to the new pipes. A population bloom of predatory Bdellovibrio bacteria was observed four months after start of commissioning, likely in response to instability in the microbiome. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Produktion av dricksvatten är en fundamental del av vårt samhälles infrastruktur och ökad förståelse för de faktorer som avgör dricksvattenkvaliteten är därmed av stort värde. En av dessa faktorer är mikrobiomen, alltså vilka mikroorganismer som lever i vattnet. Dessa kommer huvudsakligen från så kallad biofilm, ett tunt slem-liknande skikt som formas på insidan av vattenrör. Skiktet skapas av ämnen såsom proteiner, lipider, och polysackarider vilka utsöndras av mikroorganismer och utgör för dessa en skyddad plats att leva i. Hos svenska drickvattenproducenter så anses en stabil mikrobiom vara fördelaktigt för vattenkvaliteten, men när nya rör installeras så är mikrobiomen instabil tills en stark och nyttig biofilm har formats. Syftet med... (More)
- Produktion av dricksvatten är en fundamental del av vårt samhälles infrastruktur och ökad förståelse för de faktorer som avgör dricksvattenkvaliteten är därmed av stort värde. En av dessa faktorer är mikrobiomen, alltså vilka mikroorganismer som lever i vattnet. Dessa kommer huvudsakligen från så kallad biofilm, ett tunt slem-liknande skikt som formas på insidan av vattenrör. Skiktet skapas av ämnen såsom proteiner, lipider, och polysackarider vilka utsöndras av mikroorganismer och utgör för dessa en skyddad plats att leva i. Hos svenska drickvattenproducenter så anses en stabil mikrobiom vara fördelaktigt för vattenkvaliteten, men när nya rör installeras så är mikrobiomen instabil tills en stark och nyttig biofilm har formats. Syftet med denna studie är att undersöka och förstå vilka bakterier som utgör mikrobiomen i nyinstallerade vattenledningar, samt att undersöka hur de förändras över tid.
Prover hade redan samlats in veckovis under ett års tid från två nyinstallerade vattenrör vid denna studies start. DNAet i dessa prover extraherades och den s.k. ”16S rRNA”-genen lästes av med Oxford Nanopore sekvensering. Denna gen fungerar som ett fingeravtryck för bakterier, och kan därmed ge oss en uppfattning om vilka sorters bakterier som finns i provet. Detta kombineras med mätningar av antal bakterieceller i proverna för att få en god uppskattning för mängden av olika sorters bakterier i vattenrören vid olika tidpunkter. Större delen av detta studie utgjordes av dataanalys där många olika verktyg användes för databehandling och analys. På grund av den låga bakteriemängen i vattenrör så stöttes det på problem i formen av kontaminering som behövde hanteras för att kunna få ut rimliga resultat.
Mikrobiomerna i de två parallella vattenrören visade sig vara inbördes utbytbara med varandra, och utvecklades närmast identiskt. Ett tydligt tidsberoende kunde ses, vilket var en huvudsaklig faktor som påverkade kompositionen i rören. Flera genus av bakterier vilka tydde på att vara viktiga för utvecklingen av ny biofilm hittades, såsom Aquabacterium och Pseudomonas. En minskande population av Patulibacter hittades även, vilka troligen kom ifrån den omkringliggande jorden vid installation. En population av plast-ätande Roseateles-bakterier hittades också, vilka potentiellt äter lösa partiklar från plaströren (polyetylen). Efter 120 dagar så hittades även en stor grupp rovdjursbakterier, Bdellovibrio, vars population verkar öka kraftigt tre till fyra månader efter att mikrobiomen förändras. Detta samband har noterats även i tidigare studier. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9206262
- author
- Klotz, Ludvig LU
- supervisor
- organization
- course
- KMBM05 20251
- year
- 2025
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Drinking Water, Biofilm, PE, Development, Microbiome, Applied microbiology
- language
- English
- id
- 9206262
- date added to LUP
- 2025-11-03 10:28:47
- date last changed
- 2025-11-03 10:28:47
@misc{9206262,
abstract = {{The development of the water-borne microbiome in newly installed polyethylene pipes of a non-chlorinated drinking water distribution system was studied over a period of six months. Water samples were taken from two identical newly installed pipes (“NP1”, “NP2”), as well as from a reference point at equal distance (“DS1”). These water samples were filtered and had the DNA extracted using FastDNA SPIN™ Kit for Soil, prior to full-length 16S rRNA amplicon sequencing using Oxford Nanopore MinION. Due to the low biomass amounts in the samples, the results were partially masked by a large contamination of Pseudomonas, likely originating from the extraction kit. The study found that the microbiome in NP1 and NP2 was not dependent on which pipe was sampled (p=0.68) but rather developed identically in parallel, suggesting that the development was largely deterministic. Unfortunately, there seemed to be large sampling variation, introducing uncertainty into the study. The time from start of commissioning seemed to be the primary factor (~20% variance explained, p<0.001) in explaining the variance of the samples. What is observed in this study is likely only part of the pipe microbiome development, with the microbiome of NP1 and NP2 being very different from DS1 at the end of sampling. Prominent taxa in the new pipes included Gaiella, Aquabacterium, Rhodoferax, and Pseudomonas, with Curvibacter possibly serving as a secondary biofilm colonizer. Taxa that changed significantly in abundance through the period were identified using linear regressions and statistical testing (p<0.05). Among these were Patulibacter, a soil bacteria thought to be a contaminant which decreased throughout the period, and Roseateles, a plastic-degrading bacteria that increased throughout the period. Both of these were unique to the new pipes. A population bloom of predatory Bdellovibrio bacteria was observed four months after start of commissioning, likely in response to instability in the microbiome.}},
author = {{Klotz, Ludvig}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Dynamics of Microbial Communities in Newly Installed PE Pipes}},
year = {{2025}},
}