 经·典·文·献·导·读
0 1 对流和胞外基质调控环境中生物膜间和生物膜内的群体感应交流 通讯作者：新加坡南洋理工大学，Peter M. A. Sloot，Scott A. Rice Environmental Science & Technology（IF=9.028）, 2020,54,6730-6740 原文及链接：Convection and the Extracellular Matrix Dictate Inter- and Intra- Biofilm Quorum Sensing Communication in Environmental Systems https:///10.1021/acs.est.0c00716  目前，关于细菌群体感应 (quorum sensing, QS) 调控种群水平行为的机制和影响，已在实验室开展了深入的研究。然而，在开放的环境系统中，当QS 信号积累至足够浓度能够诱发 QS 现象，且群体淬灭 (quorum quenching, QQ)物质也存在时，QS是如何调控菌群行为的呢？目前尚无报道。 作者模拟了自然的环境场景，探究QQ 活性对空间组织生物膜中 QS 信号的影响。试验选取了几种功能有所差异的生物膜，结果显示胞外基质、生物膜局部流动和 QQ 相互作用共同调节通信行为。在静止的水环境中，对流可以促进信号扩散，而胞外基质会吸附信号分子并进一步将其传递至细胞，该过程促进了低浓度胞外信号分子环境下生物膜间的交流。在生物膜内部，基质会进一步调控竞争性的QS和QQ分子的运输，诱导异质性的 QS 行为。最重要的是，只有胞外的 QQ 酶可以有效调控QS信号，说明胞内的QQ酶可能不参与环境中 QS 信号分子的降解。 0 2 通过内源菌群抑制AI-2表达：MBR处理废水抵抗膜污染的新型调控策略 通讯作者：韩国首尔大学，化学与生物工程学院，Chung-Hak Lee；韩国培材大学，生物医学与生物技术学部，Jung-Kee Lee Environmental Science & Technology（IF=9.028），2018,52,6237-6245 原文及链接：Stopping Autoinducer‑2 Chatter by Means of an Indigenous Bacterium (Acinetobacter sp. DKY-1): A New Antibiofouling Strategy in a Membrane Bioreactor for Wastewater Treatment https:///10.1021/acs.est.7b05824  利用细菌的群体淬灭（quorum quenching, QQ）降解信号分子的机制已应用于膜生物反应器 (MBR)的抗生物污染。但是，目前所研究的目标信号分子仅限于参与种内群体感应的N-酰基高丝氨酸内酯类信号分子。 该研究发现通过QQ机制可以破坏微生物的种间信号分子AI-2，其有望成为MBR处理废水时抵抗膜污染的下一代调控策略。本文分离了一种MBR系统内固有的 QQ 细菌（Acinetobacter sp.DKY-1），它可以诱导四种AI-2 QS细菌的AI-2和4,5-二羟基-2,3-戊二酮（DPD）信号分子的失活，进一步削弱群体感应系统的表达。DKY-1 可以分泌一种亲水性的分子量小于400 Da的AI-2 QQ 化合物。进一步将 DKY-1 菌株包埋剂投加到MBR系统中验证发现，系统中的DPD 浓度显著降低，可以有效抑制膜污染。本文所研究的通过QQ抑制中间信号分子的调控策略，将分子生物学与废水处理工程有机结合，可以进一步扩大MBR抗生物污染的范围，并降低废水处理能耗。 0 3 基于光响应的群体淬灭生物膜缓解水质净化膜上的生物污染 通讯作者：新加坡南洋理工大学市政与环境工程学院，Cao Bin Science Advances（IF=14.136），2018，4：eaau1459 原文及链接：Engineering a light-responsive, quorum quenching biofilm to mitigate biofouling on water purification membranes https://www./doi/10.1126/sciadv.aau1459  研究报道发现，群体淬灭（quorum quenching, QQ）是一种控制膜污染的有效办法。通常采用将QQ细菌固定在多孔基质中的办法，使其能够长期留存于连续流运行的膜处理系统中，同时也要防止QQ细菌在膜表面肆意生长进一步形成生物膜。 本研究中，作者构建了第二信使环鸟苷二磷酸（c-di-GMP）的合成酶（BphS）和水解酶（EB1）基因电路，并用合成生物学的方法改造大肠杆菌，设计了一种 QQ 细菌，其生长和扩散可以通过双色光遗传 c-di-GMP 基因电路调节，细菌细胞通过感知近红外光和蓝光来调节 c-di-GMP 的水平以调控生物膜生长。作者考察了当QQ细菌持续表达群体感应猝灭酶是，能否降低其他细菌在FO膜上形成生物膜，结果证实了光响应 QQ 生物膜在缓解膜生物污染方面的潜力。该技术可以有效缓解膜法水处理工艺中膜表面生物污染的形成，提高膜性能。 0 4 生物膜生态系统与反应器性能之间的生态联系：生物膜形成阶段的特异性 通讯作者：中山大学环境科学与工程学院，Fangang Meng Environmental Science & Technology（IF=9.028），2021，55，11948-11960 原文及链接：Ecological Linkages between a Biofilm Ecosystem and Reactor Performance: The Specificity of Biofilm Development Phases https:///10.1021/acs.est.1c02486  在生物膜的工程生态系统中，反应器的运行效果与生物膜中的微生物种间相互作用密切相关，但目前对于这种联系的认识却不够充分。 该作者对运行状态良好的流化床生物膜反应器中的微生物进行了16S rRNA测序和宏基因组分析，利用群落演替和组装原理，通过分子生态网络和组装模型分析揭示了生物膜生长的生态规律。 在生物膜生长过程中的最初附着阶段（第 0-2 天，由最初的附着者驱动），微生物的种间合作（74.18%）促进了最初的生物膜形成，而一些先驱和关键物种在后期却消失了。 在生长阶段（第 3-30 天，生物膜快速形成期），种间合作（81.41±5.07%）促进了生物膜的快速形成，关键物种主要参与群体感应或与胞外聚合物的生成。 在成熟阶段（第 31-106 天，适应良好的稳定状态），种间竞争变得激烈（32.74±4.77%），形成的微小生物聚集体有利于微生物间的信息快速交流和污染物降解，关键物种主要参与 COD 和 NH4+-N的去除。基质的均匀扩散使同步生长的生物膜间微生物组成逐渐趋于一致，该过程主要伴随着微生物的群落演替。 本研究中，作者揭示了生物膜生长不同阶段的生态特异性，可以让我们进一步认识和理解生物膜污水处理系统中生物膜生长和功能间的关联。 0 5 设计合成一种新型的c-di-GMP G-四联体诱导剂作为生物膜生长抑制剂 通讯作者：暨南大学药学院，Wei-Min Chen, Jing Lin |
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