微生物電化學(xué)系統(tǒng)（Microbial electrochemical system, MES）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(diǎn)，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(diǎn)。而電活性生物膜的穩(wěn)定性是限制MES實(shí)際應(yīng)用的主要影響因素之一。群體感應(yīng)（Quorum Sensing, QS）調(diào)控胞外聚合物（Extracellular polymers substances, EPS）是生物膜耐受環(huán)境毒性物質(zhì)沖擊的重要保護(hù)屏障，而生物膜的生理特征和EPS的表達(dá)受到QS信號分子的調(diào)控。

　　近期，廣東省科學(xué)院微生物研究所（省科學(xué)院微生物所）許玫英研究員團(tuán)隊(duì)針對污染控制系統(tǒng)中間歇式高鹽濃度沖擊的穩(wěn)定運(yùn)行難題，結(jié)合電活性生物膜在高鹽環(huán)境污染治理中的巨大潛力，提出了QS調(diào)控EPS強(qiáng)化生物膜穩(wěn)定性的新策略。該團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，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(qiáng)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QS對照組僅能恢復(fù)6.7%-30%，這主要得益于QS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(qiáng)的抗沖擊性能。

　　進(jìn)一步研究表明，QS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(xì)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QS信號分子對相關(guān)功能群落的選擇性進(jìn)化現(xiàn)象。變形菌門和厚壁菌門是QS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QS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，QS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(qiáng)化電活性生物膜的耐沖擊特性。該研究為基于電活性生物膜的高鹽環(huán)境污染治理技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展提供新的理論參考。

　　相關(guān)研究成果近期發(fā)表于環(huán)境領(lǐng)域頂級期刊Water Research，論文第一作者為省科學(xué)院微生物所周少鋒副研究員，通訊作者為許玫英研究員。研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFA0910300）、國家自然科學(xué)基金青年基金 (21906028)、廣東省科學(xué)院建設(shè)國內(nèi)一流研究機(jī)構(gòu)行動專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2021GDASYL-20210103022, 2022GDASZH-2022010203, 2020GDASYL-20200103019）等項(xiàng)目的支持。

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.119823

（省科學(xué)院微生物所/供稿）