특정 불리한 상황에서 질화 박테리아 생존에 있어 아실 호모세린 락톤(AHL)의 잠재적인 역할

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 705(2023) 이 기사 인용

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특히 불리한 상황에서 질화 박테리아 활동 및 생태학에서 쿼럼 센싱(QS)의 잠재적인 역할은 거의 보고되지 않았습니다. 여기서는 아실 호모세린 락톤(AHL)을 첨가하거나 첨가하지 않은 8개의 실험실 규모 질화 연속 회분식 반응기가 각각 불리한 상황에서 작동되었습니다. 결과는 AHL의 도입이 질화 억제제(디시안디아미드, DCD) 존재 하에서 질소 제거 효율을 크게 향상시키고 저온(10°C) 그룹을 안정 단계로 가속화했으며 이 두 그룹에서 AHL의 활용 효율을 향상시키는 것으로 나타났습니다. 여러 떼. 커뮤니티 분석과 qPCR은 AHL이 저온 그룹과 DCD 그룹, 특히 AOB에서 질산화 박테리아의 풍부함을 크게 증가시키는 것을 추가로 확인했습니다. 그러나 정상 조건(28°C, pH = 8) 또는 낮은 pH 수준(5.5)의 경우 AHL은 유의미한 영향을 미치지 않았습니다. 정규 대응 분석에 따르면 질화 박테리아는 AHL에 긍정적으로 반응하여 AHL을 추가하는 것이 질화 과정을 조절하는 효과적인 전략임을 나타냅니다. 그러나 산성 조건에서는 이 조절 메커니즘의 효과가 크지 않아 시스템에 대한 pH의 영향이 AHL의 영향보다 컸음을 나타냅니다. 이 연구는 외인성 AHL이 일부 불리한 환경 조건에서 더 많은 자원을 활용하고 공간을 점유하기 위해 질화 박테리아의 경쟁력을 향상시킬 수 있음을 보여주었습니다.

질산화 박테리아는 상대적으로 약한 자가영양 호기성 박테리아의 일종으로, 생성 주기가 길고 생존 환경에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 저온(< 15°C), pH, 짧은 수리학적 체류 시간(HRT), 유리 암모니아(FA) 및 유리 아질산(FNA)1,2와 같은 일부 불리한 요인은 질산화 박테리아의 활동에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 하수 처리장 유입수에는 디시안디아미드(DCD, 실제 도시 폐수 처리장에서 자주 보고되는 일반적인 암모니아 산화 억제제)3와 같은 일부 미량의 질산화 억제제(NI)가 있을 수 있습니다. 질산화 박테리아의 활동. 환경 요인의 일부 변화도 질산화 과정에 큰 영향을 미치므로 시스템이 다시 안정적인 운영을 실현하는 데 오랜 시간이 걸립니다. 결과적으로, 질산화 시스템에 대한 악영향의 신속한 회복을 탐구하는 것은 실질적인 의미가 큽니다.

쿼럼센싱(QS)은 신호분자의 농도를 방출 및 감지하여 박테리아에서 관련 유전자의 발현을 유도함으로써 식물상 간의 생태학적 관계와 생리적 행동을 조절하고, 단일 박테리아가 실현할 수 없는 생리적 기능 및 조절 메커니즘을 달성합니다. 생물막 형성 및 2차 대사산물 생산 등4,5,6. 박테리아는 환경적 스트레스 하에서 생존하기 위해 위의 생리적 활동에 의존합니다7. QS 신호 전달 물질 중 하나인 N-아실 호모세린 락톤(AHL)은 그람 음성 박테리아에서 잘 특성화되었습니다8,9. 현재 순수 배양과 혼합 배양 모두에서 많은 질화 박테리아가 QS 효과를 가지며, QS와의 상관 관계는 유전자 서열 분석 기술을 통해 확인되었습니다. 많은 암모니아 산화 박테리아(AOB) 상청액의 순수 배양은 Nitrosomonas europaea 및 Nitrosospira multiformis11,12와 같은 AHL을 생성할 수 있습니다. AHL은 막 생물반응기(MBR), 질산화 생물막 및 독립영양 질화 생물막에서도 검출되었습니다13,14,15. 일부 AOB는 AHL(AHL 수용체 유전자 있음, AHL 합성 효소 유전자 없음)을 생성하지 않지만 외인성 AHL12를 사용할 수 있습니다. 또 다른 AOB 모델 유기체인 Nitrosospira multiformis는 최근 C4-HSL 및 3-o-C14-HSL 신호 분자를 생산할 수 있는 LuxI/R 유형 QS 신호 전달 합성 효소 및 조절기를 갖는 것으로 밝혀졌습니다. Yu et al. MBR에서 QS를 억제하기 위해 쿼럼 담금질을 강화하면 질산화 효과가 감소하여 질산화에 대한 QS의 중요성이 간접적으로 입증된다는 사실을 발견했습니다. 이 연구는 질화 박테리아와 QS 사이의 강한 관계를 보여주었습니다. 따라서 환경적 스트레스 하에서 박테리아가 생존하는 데 매우 중요한 QS가 스트레스가 많은 조건 하에서 질산화 박테리아 활동과 질소 제거를 향상시킬 수 있다고 의심하는 것이 합리적입니다.

5% during four cultivation processes in Fig. 5b. DCD and NO2–N concentration had the greatest effect on the distribution of bacterial community, while NH4+–N concentration had the least effect, which also explained the high degradation efficiency of NH4+–N under the four operating conditions, while NO2–N accumulated in some groups. Most of the dominant bacteria in the system (Dokdonella, Ns9 maine group, Terrimonas, Tetrasphaera, and Thermomonas) were significantly negatively correlated with pH, resulting in poor system treatment when operating at low pH. It was worth noting that there was a significant positive correlation between nitrifying bacteria and AHL, indicating that the addition of AHL can significantly promote the nitrification process. Thus, the results confirmed that the nitrifying bacteria community was both gradually and highly affected during the AHL addition period./p>