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電活性生物膜穩(wěn)定性調(diào)控研究獲新進展
作者：朱漢斌 李誠斌 來源：中國科學(xué)報  
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近日，廣東省科學(xué)院微生物研究所研究員許玫英團隊針對污染控制系統(tǒng)中間歇式高鹽濃度沖擊的穩(wěn)定運行難題，提出了群體感應(yīng)調(diào)控胞外聚合物（Extracellular polymers substances，EPS）強化生物膜穩(wěn)定性的新策略。相關(guān)研究發(fā)表于Water Research。該論文第一作者為周少鋒，許玫英為通訊作者。
微生物電化學(xué)系統(tǒng)是一種以電活性生物膜為主體的新型環(huán)境生物技術(shù)，以其溫和的反應(yīng)條件、高效的生物催化特性及廣闊的應(yīng)用前景和普適特點，成為了近年來環(huán)境能源、環(huán)境生物治理等領(lǐng)域的研究熱點。而電活性生物膜的穩(wěn)定性是限制微生物電化學(xué)系統(tǒng)實際應(yīng)用的主要影響因素之一。EPS是生物膜耐受環(huán)境毒性物質(zhì)沖擊的重要保護屏障，而生物膜的生理特征和EPS的表達受到群體感應(yīng)信號分子的調(diào)控。
基于此，許玫英團隊提出以群體感應(yīng)來調(diào)控電活性生物膜環(huán)境沖擊耐受力的策略。相關(guān)研究表明，在添加高絲氨酸內(nèi)酯（3OC12-HSL）培養(yǎng)的電活性生物膜具有較強的耐鹽沖擊性能，在4 h的高鹽溶液（鹽濃度10%）浸泡過后，其電流密度可以恢復(fù)到之前的50.7%，而其他非群體感應(yīng)對照組僅能恢復(fù)6.7%-30%，這主要得益于群體感應(yīng)信號分子對于電活性菌成膜性能的提升，較高的生物膜厚度使得生物膜具有較強的抗沖擊性能。
進一步研究表明，群體感應(yīng)調(diào)控下的生物膜能夠分泌更多的EPS，同時EPS含有較多的多糖，不僅提升了生物膜各細胞的粘附性（增加厚度），同時也延緩了Na+向生物膜內(nèi)部的遷移。生物膜的群落分析揭示了群體感應(yīng)信號分子對相關(guān)功能群落的選擇性進化現(xiàn)象。變形菌門和厚壁菌門是群體感應(yīng)調(diào)控電活性生物膜的優(yōu)勢微生物門類。
其中，Pseudomonas sp., Petrimonas sp., Proteiniphilum sp., 以及Thiobacillus sp.等種屬具有較高的相對豐度（相對于非群體感應(yīng)調(diào)控的對照組而言），這些優(yōu)勢菌屬與電活性生物膜的電子傳遞、EPS結(jié)構(gòu)和組分高度相關(guān)。一系列的研究結(jié)果表明，群體感應(yīng)信號分子能夠從微觀上改變電活性生物膜的微生物群落結(jié)構(gòu)，通過調(diào)控EPS的結(jié)構(gòu)組成，強化電活性生物膜的耐沖擊特性。
該研究為高鹽環(huán)境污染治理技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展提供了新的理論參考。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.119823
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