北京林业大学环境学科与工程学院张盼月教授课题组在环境科学与生态学领域一区Top期刊《Chemical Engineering Journal》（影响因子：13.3）和《Science of The Total Environment》（影响因子：8.2）上发表关于“群体感应在厌氧废水处理过程中的微生物学作用机制”的系列论文，题目分别为"Quorum sensing in anaerobic wastewater treatment: Potential microbiological mechanisms and enhancement strategies"和"Genome-centric metagenomic analysis reveals mechanisms of quorum sensing promoting anaerobic digestion under sulfide stress: Syntrophic metabolism and microbial self-adaptation"。
群体感应信号分子广泛存在于厌氧废水处理过程中，在加速厌氧颗粒污泥形成、促进系统稳定性、促进有机物降解和提高甲烷产量等方面具有巨大潜力。然而，群体感应改善厌氧废水处理的生物学机制尚未得到充分分析。本文在web of science上检索相关参考文献，并对其进行系统总结、比较和分析。从胞外聚合物合成、物质代谢和种间电子传递的角度提出了群体感应改善厌氧废水处理的潜在生物学机制。通过整合群体感应在厌氧废水处理中的积极作用，进一步总结了潜在的群体感应增强策略，旨在通过提高群体感应信号分子浓度提高厌氧废水处理性能。这些策略包括添加外源群体感应信号分子、群体感应微生物和导电材料。本文还从理论和实践的角度讨论了未来的挑战和研究方向。本文对群体感应调节厌氧废水处理提出了新见解，并为改善厌氧废水处理提供了新思路。
硫化物胁迫是富含硫的厌氧消化系统中常见的抑制因素。群体感应信号分子N-酰基高丝氨酸内酯（AHLs）对促进厌氧消化具有积极作用。在硫化物胁迫下的厌氧消化中，AHLs影响互营代谢和微生物自适应的微观生物学机制尚未解释清楚。在本研究中，在硫化物胁迫下，向厌氧消化系统中添加20 μM AHLs后，甲烷产量增加21.34%。AHLs有助于在产酸细菌（unclassified_o__Bacteroidales、Lentimicrobium、Acetoanaerobium、Longilinea和Sphaerochaetaa）和产甲烷菌（Methanothrix）之间建立潜在的互营关系。AHLs通过提高微生物代谢活性和硫化物胁迫下的种间电子传递过程促进互营代谢。在微生物代谢活性方面，AHLs促进了产酸和产甲烷过程中的关键酶合成。对于种间电子传递过程，AHLs促进了导电菌毛的组装和合成，以及核黄素的合成和分泌。此外，AHLs促进了微生物的自适应，包括双组分系统、脂多糖生物合成和DNA修复，这是AHLs增强微生物对硫化物胁迫抗性的重要证据。微生物的自适应为硫化物胁迫下的互营代谢提供了良好的基础和保障。这些发现揭示了AHLs在硫化物胁迫下增强厌氧消化的微观生物学机制。
两篇论文第一作者均为学院博士研究生陈乐，张盼月教授为通讯作者，北京林业大学为文章第一完成单位。
上述研究工作得到国家自然科学基金（51578068）和国家重点研发计划（2023YFC3905800）的资助。
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156150
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.176240
