信号分子产生和淬灭菌在颗粒污泥中的空间分布和相互作用及其对其聚集状态的影响

Acyl-homoserine-lactones (AHL)-mediated quorum sensing (QS) plays a critical role in the formation and stability of microbial aggregates, its effects on activated sludge has also been recognized. Activated sludge is highly complex consortium with both AHL-producing and -quenching bacteria resident in it, thus the AHL-producing and -quenching activities are also coexistent and interfering with each other. The information of spatial distributions of and interactions between AHL-producing and -quenching bacteria in activated sludge are of significance for the comprehensive understandings of the roles AHL-mediated plays QS in activated sludge aggregation. In this project, we are planning to explore the distributions of AHL-producing and -quenching bacteria in granular sludge with a novel bio-sensor based on AHL-receptor protein. A model co-culture system will be constructed according to sludge community structure to study the spatial distributions of and the interactions patterns between AHL-producing and -quenching bacteria. These results could help to make a better understandings of how AHL-mediated QS affect sludge aggregation. Finally, novel sludge aggregation manipulating methods based on AHL-producing and -quenching bacteria would be constructed and tested. The method developed in this project shall be used as a useful tool in microbial ecology platform for QS study. The results obtained in this project would help to fulfil QS theory in complex consortium, and provide theoretical basis and technological guidance for both fundamental study and manipulation of AHL-mediated QS.

酰化高丝氨酸内酯(AHL)介导的群感效应在微生物聚集体的形成和稳定中扮演重要角色，其在活性污泥体系中的关键作用也已被揭示。活性污泥菌落结构复杂，共存着AHL产生菌和降解菌，AHL的产生和淬灭过程则因此而共存且相互影响。研究AHL产生/淬灭菌在活性污泥中的空间分布和相互作用对理解活性污泥聚集状态有重要意义，但目前却鲜有报道。本项目拟构建新型AHL生物传感器，运用原位成像技术分析AHL产生菌/淬灭菌在颗粒污泥中的空间分布；通过构建模拟污泥系统，探寻AHL产生菌/淬灭菌的空间分布规律，总结二者相互作用典型模式，解析AHL产生/淬灭菌群影响污泥聚集状态的机理；最后根据前述结果，构建基于AHL产生/淬灭菌的聚集状态调控方法。本项目开发的方法可作为群感效应微生物生态学研究的理想工具，研究成果将拓展和完善复杂群落的群感效应理论，并为活性污泥聚集状态的调控技术提供新思路和方法。

酰化高丝氨酸内酯(Acyl-homoserine-lactones, AHL)介导的群感效应在好氧颗粒的形成和稳定中有重要作用，好氧颗粒中共存着AHL产生菌和降解菌，研究二者的共存、分布和相互作用对解析群感效应现象以及好氧颗粒污泥状态有重要意义。本项目同时对好氧颗粒污泥中的群感效应和群感淬灭效应进行了较为系统的研究，尤其是对好氧颗粒污泥稳定性具有同样重要作用，但之前常被忽略的群感淬灭效应进行了关注和机理解析。本项目研究了好氧颗粒污泥系统中群感效应和淬灭效应活性，以及二者对应群落对外界条件的短期响应、随系统长时间运行的演变趋势，探索了二者及对应菌群在不同微生物聚集体内的分布、对颗粒污泥的影响。研究结果表明，无论是底物种类和浓度、温度、pH值或是电子受体种类，都能在短时间内对群感效应和淬灭效应产生较大影响，且相较于群感淬灭活性，群感效应活性更易受到外界环境因子变化的影响；而随着系统的长期运行，群感效应活性及对应菌群丰度均呈下降趋势，而群感淬灭效应及相应菌群丰度均保持较为稳定的状态。在空间分布方面，在共存于好氧颗粒污泥系统内的多种微生物聚集体中，均观测到了群感效应和淬灭效应菌群的共存，但群感淬灭效应活性分布更为广泛；针对絮状污泥和颗粒污泥开展的测试则表明，絮状污泥具有更强的淬灭活性，而群感效应活性则低于好氧颗粒污泥，这可能是其大量存在且能够造成系统稳定性下降的潜在因素。前述研究结果阐明了AHL介导的群感效应和淬灭效应在好氧颗粒污泥系统内的时空变化及其影响。此外，面向基于群感效应干预策略的发展，针对信号分子类似物筛选过程繁琐的问题，通过构建融合蛋白的方法，提高筛选实验通量和准确性，降低了筛选成本。综上，本项目拓展了人们对好氧颗粒污泥系统中群感效应的认识，为好氧颗粒污泥系统的运行提供了参考，同时也为群感效应调控技术，尤其是信号分子类似物的筛选，提供了新的工具和方法。