Потенциальная роль ацил-гомосерин-лактонов (АГЛ) в выживании нитрифицирующих бактерий при определенных неблагоприятных обстоятельствах

Научные отчеты, том 13, номер статьи: 705 (2023) Цитировать эту статью

498 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

О потенциальной роли чувства кворума (QS) в активности и экологии нитрифицирующих бактерий, особенно в неблагоприятных обстоятельствах, сообщалось редко. В данном случае восемь лабораторных реакторов периодического действия для секвенирования нитрификации с добавлением или без добавления ацилгомосеринлактонов (AHL) работали при неблагоприятных обстоятельствах соответственно. Результаты показали, что введение АГЛ значительно повысило эффективность удаления азота в присутствии ингибиторов нитрификации (дициандиамид, ДЦД), ускорило переход низкотемпературной (10 °C) группы в стабильную стадию и улучшило эффективность использования АГЛ в этих двух группах. группы. Анализ сообщества и количественная ПЦР также подтвердили, что АГЛ значительно увеличили численность нитрифицирующих бактерий в группе с низкой температурой и группе DCD, особенно в группе AOB. Однако при нормальных условиях (28 °C, pH = 8) или при низком уровне pH (5,5) АГЛ не оказали существенного влияния. Анализ канонического соответствия показал, что нитрифицирующие бактерии положительно реагировали на АГЛ, что указывает на то, что добавление АГЛ было эффективной стратегией регулирования процесса нитрификации. Однако в кислых условиях эффект этого регуляторного механизма был незначительным, что указывает на то, что влияние рН на систему было больше, чем влияние АГЛ. Это исследование показало, что экзогенные АГЛ могут повысить конкурентоспособность нитрифицирующих бактерий, позволяя им использовать больше ресурсов и занимать пространство в некоторых неблагоприятных условиях окружающей среды.

Нитрифицирующие бактерии представляют собой разновидность относительно слабых автотрофных аэробных бактерий с более длительным циклом размножения и более высокими требованиями к среде выживания. На активность нитрифицирующих бактерий могут влиять некоторые неблагоприятные факторы, такие как низкая температура (< 15 °C), pH, короткое время гидравлического удерживания (HRT), свободный аммиак (FA) и свободная азотистая кислота (FNA)1,2. Кроме того, в сточных водах очистных сооружений могут присутствовать следы ингибиторов нитрификации (НИ), таких как дициандиамид (DCD, распространенный ингибитор окисления аммиака, о котором часто сообщается на реальных городских очистных сооружениях)3, который может значительно ингибировать активность нитрифицирующих бактерий. Некоторые изменения факторов окружающей среды также оказывают существенное влияние на процесс нитрификации, и системе потребуется много времени, чтобы снова начать стабильную работу. Как следствие, имеет большое практическое значение изучение быстрого восстановления неблагоприятных воздействий на систему нитрификации.

Чувство кворума (QS) регулирует экологические взаимоотношения флоры и физиологическое поведение, высвобождая и определяя концентрацию сигнальных молекул, чтобы индуцировать экспрессию родственных генов у бактерий, а также достигать физиологических функций и регуляторных механизмов, которые отдельные бактерии не могут реализовать, например как образование биопленок и продукция вторичных метаболитов и т.д.4,5,6. Бактерии полагаются на описанную выше физиологическую активность, чтобы выжить в условиях стресса окружающей среды7. N-ацил-гомосеринлактоны (АГЛ), одно из сигнальных веществ QS, хорошо охарактеризованы у грамотрицательных бактерий8,9. В настоящее время многие нитрифицирующие бактерии как в чистых, так и в смешанных культурах обладают QS-эффектом, а их корреляция с QS подтверждена технологией секвенирования генов10,11. Чистые культуры многих надосадочных растворов аммиакокисляющих бактерий (АОБ), таких как Nitrosomonas europaea и Nitrosospira multiformis, могут образовывать АГЛ11,12. АГЛ также были обнаружены в мембранном биореакторе (MBR), нитрифицирующих биопленках и автотрофных нитрифицирующих биопленках13,14,15. Хотя некоторые АОБ не производят AHL (с геном рецептора AHL, без гена AHL-синтазы), они могут использовать экзогенный AHL12. Недавно было обнаружено, что Nitrosospira multiformis, еще один модельный организм AOB, имеет сигнальную синтазу и регулятор LuxI/R типа QS, которые могут продуцировать сигнальные молекулы C4-HSL и 3-o-C14-HSL16. Ю и др. обнаружили, что усиление тушения кворума для ингибирования QS в MBR снижает эффект нитрификации, косвенно доказывая важность QS для нитрификации17. Эти исследования показали тесную связь между нитрифицирующими бактериями и QS. Таким образом, есть основания подозревать, что QS, который очень важен для выживания бактерий в условиях стресса окружающей среды, может улучшить активность нитрифицирующих бактерий и удаление азота в стрессовых условиях.