特定の不利な状況下での硝化細菌の生存におけるアシルホモセリンラクトン（AHL）の潜在的な役割

Scientific Reports volume 13、記事番号: 705 (2023) この記事を引用

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特に不利な状況下での硝化細菌の活動と生態におけるクオラムセンシング (QS) の潜在的な役割はほとんど報告されていません。 ここでは、アシルホモセリンラクトン（AHL）を添加または添加せずに、8 つの実験室規模の硝化シーケンスバッチ反応器をそれぞれ悪条件下で運転しました。 その結果、AHLの導入により硝化阻害剤（ジシアンジアミド、DCD）の存在下で窒素除去効率が大幅に向上し、低温（10℃）グループの安定期への移行が促進され、これら2つのグループにおけるAHLの利用効率が向上したことが示されました。グループ。 コミュニティ分析とqPCRにより、AHLが低温グループとDCDグループ、特にAOBの硝化細菌の存在量を大幅に増加させることがさらに確認されました。 ただし、通常の状態 (28 °C、pH = 8) または低 pH レベル (5.5) では、AHL は有意な影響を及ぼしませんでした。 正準対応分析により、硝化細菌が AHL に積極的に反応することが示され、AHL の添加が硝化プロセスを制御する効果的な戦略であることが示されました。 しかし、酸性条件下では、この調節機構の影響は顕著ではなく、システムに対する pH の影響が AHL の影響よりも大きいことが示されました。 この研究は、外因性 AHL が硝化細菌の競争力を高めて、より多くの資源を利用し、いくつかの不利な環境条件下で空間を占有する可能性があることを実証しました。

硝化細菌は、比較的弱い独立栄養性好気性細菌の一種で、世代周期が長く、生存環境への要求が高くなります。 低温 (< 15 °C)、pH、短い水圧滞留時間 (HRT)、遊離アンモニア (FA)、遊離亜硝酸 (FNA) など、いくつかの悪影響が硝化細菌の活性に影響を与える可能性があります 1,2。 さらに、下水処理場の流入水には、ジシアンジアミド（DCD、実際の都市下水処理場で頻繁に報告されている一般的なアンモニア酸化抑制剤）3 など、微量の硝化抑制剤（NI）が存在する可能性があります。硝化細菌の活動。 環境要因の変化も硝化プロセスに大きな影響を与え、システムが再び安定して稼働するまでには長い時間がかかると考えられます。 結果として、硝化システムに対する悪影響を迅速に回復することを検討することは、実用上非常に重要です。

クオラムセンシング（QS）は、シグナル分子の濃度を放出および感知することで細菌の生態学的関係と生理的行動を制御し、細菌内の関連遺伝子の発現を誘導し、単一の細菌では実現できない生理学的機能と制御機構を実現します。バイオフィルムの形成や二次代謝産物の生成など4、5、6。 細菌は環境ストレス下で生存するために上記の生理活性に依存しています7。 QS シグナル伝達物質の 1 つである N-アシル ホモセリン ラクトン (AHL) は、グラム陰性菌においてよく特徴付けられています 8,9。 現在、純粋培養および混合培養の両方で多くの硝化細菌が QS 効果を有しており、それらと QS との相関は遺伝子配列技術によって確認されています 10,11。 多くのアンモニア酸化細菌 (AOB) 上清溶液の純粋培養では、Nitrosomonas europaea や Nitrosospira multiformis などの AHL が生成される可能性があります 11,12。 AHL は、メンブレンバイオリアクター (MBR)、硝化バイオフィルム、および独立栄養性硝化バイオフィルムでも検出されました 13、14、15。 一部の AOB は AHL を産生しませんが (AHL 受容体遺伝子あり、AHL 合成酵素遺伝子なし)、外因性 AHL12 を使用できます。 別の AOB モデル生物である Nitrosospira multiformis は、C4-HSL および 3-o-C14-HSL シグナル伝達分子を産生できる LuxI/R 型 QS シグナル伝達合成酵素および制御因子を持っていることが最近判明しました 16。 ユウら。 MBR の QS を阻害するためにクオラム クエンチングを強化すると硝化効果が減少することがわかり、硝化に対する QS の重要性が間接的に証明されました 17。 これらの研究は、硝化細菌と QS の間に強い関係があることを示しました。 したがって、環境ストレス下で細菌が生存するために非常に重要である QS が、ストレス条件下での硝化細菌の活性と窒素除去を改善する可能性があると疑うのは合理的です。