文章标题：Oxygen tolerance and detoxification mechanisms of highly enriched planktonic anaerobic ammonium-oxidizing(anammox) bacteria
通讯作者：Satoshi Okabe
第一单位：Hokkaido University
期刊：ISME Communications
时间：2023
论文链接：https://doi.org/10.1038/s43705-023-00251-7
主要内容
1、生物质制备
从各个MBR反应器中收集浮游态厌氧氨氧化菌，在缺氧条件下离心，并在厌氧室中用不含铵和亚硝酸盐的缺氧无机培养基洗涤三次(用N2净化1h)。为了进一步净化MBR厌氧氨氧化培养物，采用Percoll法进行密度梯度分离。经过Percoll净化后的生物质在厌氧室中无NH4+和NO2−，Percoll净化已被证实对厌氧氨氧化活性没有影响。通过FISH分析证实厌氧氨氧化菌占总生物量的98%以上。
图1 Percoll纯化的浮游厌氧氨氧化细菌细胞的FISH图像
Scalindua属的DO浓度基本保持不变，可以稳定产生29N2，无滞后时间。其余四种淡水厌氧氨氧化菌的29N2产气开始逐渐延迟(滞后时间)，29N2产气速率随着O2浓度的增加而下降。
图2 厌氧氨氧化颗粒在门水平上的分类及其基于MAGs的系统发育分析
通过相对MSAA(%)对O2浓度对MSAA的影响进行了评估(图3)。淡水厌氧氨氧化菌的相对MSAA随着O2浓度的增加而急剧下降，渐近为零。在>1.0% O2条件下(对应于25°C和37°C下的15.2µM和18µM DO)，几乎没有检测到显著的厌氧氨氧化活性。相比之下，“Ca. Scalindua sp.”的MSAA在2.0%的O2(36µM DO)依然可以检测到相应的活性，从而揭示了其在厌氧氨氧化菌中表现出最低的O2敏感性。
图3 O2浓度对五种不同厌氧氨氧化菌相对最大比活性(MSAA)的影响
“Ca. B. sinica”, “Ca. K. stuttgartiensis”, and “Ca. Scalindua sp.”在氧气(约0.18-0.20%顶空气氧)存在下培养。对于这三种厌氧氨氧化菌，在分批培养中产生29N2时，O2随着培养时间的推移逐渐减少。Ca. B. sinica、Ca. Scalindua sp.的氧降解速率相似（0.26 nmol O2/g-蛋白/h），Ca. K. stuttgartiensis的氧降解速率更高（0.53nmol O2/g-蛋白/h）。Ca. B. sinica、Ca. K. stuttgartiensis和Ca. Scalindua sp.的29N2产生速率分别为3.31 µmol、3.91 µmol 和3.44 µmol N2/g-蛋白/h。实验结果为O2的降解速率比29N2产生速率低了4个数量级，表明氧气被还原更可能为解毒作用而非呼吸作用。
图4 氧还原速率的测定
4、不同厌氧氨氧化菌中抗氧化酶的活性
通过四种厌氧氨氧化菌的主要抗氧化酶（Sod、Cat、Ccp和Gpx）的活性解释物种间O2耐受的差异性。与此同时，氧耐受性直接关系到细菌消耗O2和解毒O2•-的能力(即Sod活性)。主要是由于O2•-比H2O2毒性更大，而过氧化氢酶活性与氧耐受性没有明确的相关性，所以Cat是较为次要的决定因素。与其他淡水物种相比，Scalindua sp.具有更高的Sod活性，表现出更高的氧耐受性。Scalindua sp.可能主要通过Sod来解毒O2•-，而其他4种淡水物种由于缺乏Sod活性而不能有效解毒O2•-。在氧气存在的情况下，厌氧氨氧化菌可以将氧气还原为有毒的活性氧（ROS），或通过过氧化物还原酶（Sor）将其还原为水。
图5 抗氧化酶的活性
总结
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来源|浙江大学环境微生物课题组
推文作者|季文杰
责任编辑|朱林
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