C8-oxo-HSL對P. aeruginosa在污水處理中生長特性影響

周禮杰,王 鑫,韓 倩,朱婷婷,成 功,夏四清*(.深圳市環境科學研究院,國家環境保護飲用水水源地管理技術重點實驗室,深圳市飲用水水源地安全保障重點實驗室,深圳市水環境中新型污染物檢測與控制重點實驗室,廣東 深圳 5800；2.深圳大學化學與環境工程學院,廣東 深圳 58060；.同濟大學環境科學與工程學院,污染控制與資源化研究國家重點實驗室,上海 200092)

C8-oxo-HSL對P. aeruginosa在污水處理中生長特性影響

周禮杰1,2,3,王 鑫3,韓 倩1,朱婷婷1,成 功1,夏四清3*(1.深圳市環境科學研究院,國家環境保護飲用水水源地管理技術重點實驗室,深圳市飲用水水源地安全保障重點實驗室,深圳市水環境中新型污染物檢測與控制重點實驗室,廣東 深圳 518001；2.深圳大學化學與環境工程學院,廣東 深圳 518060；3.同濟大學環境科學與工程學院,污染控制與資源化研究國家重點實驗室,上海 200092)

通過24孔板序批實驗對群體效應(QS)信號分子C8-oxo-HSL對銅綠假單胞菌(P. aeruginosa)在污水處理過程中生長特性影響作用進行分析探討.研究發現C8-oxo-HSL有效刺激P. aeruginosa大量生長,其對應的闕值濃度為10-10g/L C8-oxo-HSL.同時推知具有LuxI/R群體效應系統的革蘭氏陰性菌可在較低的信號分子濃度作用下大量增殖.C8-oxo-HSL還可有效刺激P. aeruginosa分泌大量蛋白質至緊密型胞外聚合物(TB-EPS)中,其對應的闕值濃度為10-7g/L C8-oxo-HSL.但C8-oxo-HSL對P. aeruginosa的TB-EPS中多糖沒有明顯影響作用.C8-oxo-HSL通過促使P. aeruginosa的增殖和團聚從而增強菌膠團穩定性.此外C8-oxo-HSL可促進P. aeruginosa生物膜形成.但由于P. aeruginosa生物膜的形成同時和細菌菌量與胞外聚合物濃度直接相關.所以P. aeruginosa生物膜快速生長的C8-oxo-HSL闕值濃度相對較高(約10-8g/L).

群體效應；銅綠假單胞菌；C8-oxo-HSL；菌膠團；生物膜

氫基質生物膜反應器、好氧/厭氧顆粒污泥等都是目前新興并且被廣泛關注的新型污水處理技術,但是隨著該技術研究及推廣卻發現了生物膜形成緩慢、顆粒污泥難以團聚等一系列問題[1-2].目前,科研人員主要通過對反應器進行如溫度、pH值、營養鹽、接種污泥、運行流程等調整從而改善這一情況[1-2].而隨著近年來對微生物間信息交換等研究發現,微生物間的信息系統對微生物分泌胞外聚合物(EPS)、生物膜形成、細菌團聚等行為都具有關鍵性作用,甚至扮演者行為發生的控制角色[3].因此,污水處理領域科研工作者希望將調控微生物信息系統作為促進生物膜形成、強化顆粒污泥形成的新手段.

群體效應(Quorum sensing,QS)是微生物最為重要的信息系統,且重點控制著污水處理中微生物 EPS釋放、菌膠團形成與生物膜生成等行為.近年來群體效應在污水處理系統中的作用以及相應技術的應用不斷受到關注.群體效應自1977年首次隨海洋發光菌Vibrio fischeri一同被報道后,一直被認為是微生物細胞內和細胞間重要的信息交流平臺系統.群體效應是以微生物分泌的特殊可溶性信號分子(Autoinducer,AI)作為信號分子來監測群體密度以及協調微生物功能表達的信息交流機制,并且該機制與微生物的群體密度密切相關.群體效應基本原理為微生物體內不斷對環境中積累的AI信號分子進行感知與檢測,當AI濃度達到闕值(Critical threshold level)時,微生物群體系統根據AI信號類型以及其濃度做出相應的基因表達來調控微生物行為.群體效應有三類不同的調控系統,分別為利用酰基高絲氨酸內酯類分子(Acylated homoserine lactones, AHLs)作為AI的LuxI/R系統、利用修飾過的寡肽類分子作為寡肽/雙組份蛋白信號系統以及其他類型AI分子的雜合型信號系統[4].

革蘭氏陰性菌是污水處理中最為常見的微生物,而革蘭氏陰性菌的群體效應系統為 LuxI/R系統(圖1)[5].因此, LuxI/R系統是污水處理過程中最常見的微生物群體效應系統,也成為研究人員重點關注對象.李俊英等[6]提出基于群體效應原理通過外加 AHLs信號分子促進生物膜生長并提高其污水處理能力的建議.李蒙英等[3]也通過調控微生物群體效應強化生物膜的形成、孫頡等[7]通過外加LuxI/R系統信號分子(C6-HSL和C8-oxo-HSL)可有效地促進生物膜生長并增強NO2-的去除效果.此外,國外也通過利用群體效應反向調控抑制生物膜的形成.Yeon等[8]則基于群體效應機理,通過投加 AHLs淬滅劑來抑制生物膜形成從而減緩膜污染.AHLs淬滅劑抑制膜污染技術研究目前主要集中于淬滅劑選擇[9]以及淬滅劑投加方式[10-11].

圖1 革蘭氏陰性菌的LuxI/R信號系統Fig.1 LuxI/R system of gram-negative bacteria

然而目前基于群體效應LuxI/R系統調控污水處理技術研究主要集中在生物膜形成快慢的表現上[12-13],但是就 AHLs對形成生物膜前期的微生物生長特性以及其菌膠團的影響研究甚少,而這一影響卻從根本上直接制約生物膜形成快慢.此外,AHLs信號分子對微生物菌膠團團聚的研究同樣較少,制約著群體效應強化顆粒污泥的調控技術發展.因此, 需就 AHLs信號分子對污水處理系統中微生物生長特性影響進行深入的分析研究.在污水處理過程中, P. aeruginosa是活性污泥中最為常見和具有降解特殊污染物能力的微生物[14-16],并且作為革蘭氏陰性菌的 P. aeruginosa是典型具有LuxI/R群體效應系統的微生物[17-18].本論文選擇最為常見的 C8-oxo-HSL作為AHLs信號分子以及 P. aeruginosa作為活性污泥代表性微生物,對 AHLs信號分子對微生物在污水處理中生長特性影響進行研究.

1 材料與方法

1.1 微生物菌種及培養基

本研究所使用的活性污泥常見細菌 P. aeruginosa[圖 2(a)]購買自中國工業微生物菌種保藏管理中心(CICC,菌種編號 23618).該菌從降解有機磷廢水的活性污泥當中分離而獲得.P. aeruginosa的LuxI/R系統中的信號分子主要有C4-HSL和 C12-oxo-HSL.在污水生物處理系統中,活性污泥中大部分微生物都可以 C8-oxo-HSL作為其LuxI/R系統信號分子.因此本論文選擇C8-oxo-HSL作為信號分子進行研究.C8-oxo-HSL[Sigma,CAS No. 147795-39-9,結構如圖2(b)]梯度溶于甲醇中并制成2×10-2和2×10-5g/L儲備液(4oC保存).本研究所使用的培養基為CICC推薦培養基 A(蛋白胨 5g/L、牛肉膏 3g/L、NaCl 5g/L、pH 7.0).

圖2 P. aeruginosa電鏡圖(10000×)與C8-oxo-HSL結構圖Fig.2 Photograph of P. aeruginosa (10000×) and the structure of C8-oxo-HSL

1.2 孔板實驗

本研究采用24孔板(Corning,美國)進行序批培養實驗[5].P. aeruginosa經過12h培養后其生長速度將會穩定且開始形成生物膜.預實驗結果也表示P. aeruginosa經37℃、160r/min培養8h后進入對數生長期.為保證P. aeruginosa的初始狀態相對穩定,實驗首先把P. aeruginosa置于50mL培養基A中培養8h,使P. aeruginosa進入對數生長期且微生物特性相對穩定.實驗分別向各孔加入2mL培養基A,然后再向每個孔投加10μl對數生長期的 P. aeruginosa菌液并按照相應實驗濃度滴加C8-oxo-HSL儲備液.24孔板完成菌液滴加及AHLs濃度調控后置于氣浴搖床中37℃培養 12h.為了同步檢測 P. aeruginosa在不同C8-oxo-HSL濃度作用下形成生物膜的變化,在實驗開始時向每個孔中放置1根1.5cm長的PVC超濾膜(海南立升,中國),以觀察 12h培養后超濾膜上生物膜形成情況,實驗操作方法參考文獻[5].為了避免混合液中離散 P. aeruginosa菌體對生物膜檢測造成影響,生物膜檢測前需用無菌水輕柔沖刷超濾膜表面生物膜直至無明顯菌落掉落為止[5].本實驗過程皆為無菌操作.

實驗中,微生物量與EPS中蛋白質、多糖分別通過OD600、考馬斯亮藍法和苯酚/硫酸法進行檢測[19].P. aeruginosa菌膠團情況通過Zeta電位(Zeta sizer Nano Z,英國馬爾文)進行分析.本研究中對樣品測試預處理參考文獻[5].由于本研究使用培養基進行實驗分析,培養基中含有大量蛋白質與多糖以及難以測定其中可溶性有機物與松散型 EPS.因此本研究通過離心方法獲取 P. aeruginosa菌體,再對該菌體進行EPS分離并獲得菌體緊密型EPS(TB-EPS).

以上所有實驗均進行5次平行重復實驗.

2 結果與討論

2.1 C8-oxo-HSL對P. aeruginosa生長過程中菌量影響

本研究采用OD600作為分析P. aeruginosa菌量的指標.從圖3可以看出,C8-oxo-HSL濃度為0和10-11g/L時,P. aeruginosa的OD600僅為1.3左右.當C8-oxo-HSL濃度為10-10、10-9、10-8、10-7、10-6、10-5和10-4g/L時,P. aeruginosa的OD600則維持在1.7左右. 從P. aeruginosa的菌量變化可以知道C8-oxo-HSL可以有效促進P. aeruginosa的生長以及增加其菌量.然而 P. aeruginosa主要由C12-oxo-HSL和C4-HSL兩種信號分子控制其群體效應系統并參與其增殖過程[20].這一結果說明其他群體效應信號分子也能有效刺激 P. aeruginosa增長.這可能因為群體感應系統信號分子化學結構相似,當相似信號分子達到一定濃度也可通過群體效應系統激活相應行為[13-17].而且當 C8-oxo-HSL濃度達到 10-10g/L的時候,P. aeruginosa的菌量發生明顯的躍升,而 C8-oxo-HSL濃度大于 10-10g/L 卻不會再起引起 P. aeruginosa菌量躍升.這說明10-10g/L C8-oxo- HSL很可能是促進P. aeruginosa大量生長的闕值濃度.

圖3 不同C8-oxo-HSL濃度作用下P. aeruginosa經12h培養后菌量變化Fig.3 Amount of the P. aeruginosa after 12h culture with C8-oxo-HSL addition

此外,群體效應不僅是對細菌自身的控制系統,也是與其他細菌交流的信息交換系統.從圖 3則可以看出,當C8-oxo-HSL達到10-10g/L范圍的時候,P. aeruginosa則可以互相影響進一步以群體形式大量增殖.然而不同細菌的相同行為也很可能具有不同的闕值濃度,所以目前的研究主要針對單一細菌進行研究[21-22].但由于在實際的污水處理系統當中,活性污泥中含有大量不同種類的細菌.本研究主要挑選了活性污泥當中最為常見的 P. aeruginosa作為研究對象來觀察群體效應分子對活性污泥微生物的影響.從 P. aeruginosa在10-10g/L C8-oxo-HSL作用下細菌量增加可知活性污泥中具有LuxI/R群體效應系統的革蘭氏陰性菌可在較低的 AHLs濃度作用下快速增長.

2.2 C8-oxo-HSL 對 P. aeruginosa生長中TB-EPS影響

圖4 P. aeruginosa經12h培養后菌液緊密型EPS變化Fig.4 Variations of the P. aeruginosa EPS after 12h culture with C8-oxo-HSL addition

由圖4(a),可以看到C8-oxo-HSL濃度為0、10-11、10-10、10-9、10-8g/L時,P. aeruginosa TB-EPS中蛋白質濃度約為140-145mg/L.當C8-oxo-HSL濃度達到 10-7、10-6、10-5和 10-4g/L 時,P. aeruginosa TB-EPS 中蛋白質濃度則高達160mg/L以上.因此,C8-oxo-HSL達到一定濃度時可有效促進 P. aeruginosa分泌大量蛋白質至TB-EPS當中.而且10-7g/L C8-oxo-HSL是促進P. aeruginosa大量分泌蛋白質的闕值濃度,該濃度與本課題組關于 P. aeruginosa生物膜的研究結果[5]相近.這主要因為生物膜是依靠細菌以及細菌分泌的胞外聚合物進行菌與菌的粘合而形成,其中胞外聚合物扮演著粘合劑的作用.因此生物膜與細菌的EPS有著緊密的聯系,所以生物膜形成與細菌分泌 EPS在群體效應的闕值濃度十分相似.

圖 4(b)顯示了不同 C8-oxo-HSL濃度對 P. aeruginosa細菌 TB-EPS中多糖的影響.從圖中可以看到0、10-11、10-10、10-9、10-8、10-7、10-6、10-5和 10-4g/L C8-oxo-HSL 分別作用于 P. aeruginosa,但其TB-EPS中多糖濃度基本維持在310～320mg/L左右.P. aeruginosa TB-EPS中多糖濃度沒有隨著 C8-oxo-HSL濃度增加而發生明顯變化,說明 C8-oxo-HSL對于 P. aeruginosa TB-EPS中多糖沒有顯著影響.這主要因為LuxI/R群體效應系統更多地在于控制細菌蛋白質的表達與釋放.因此,從圖 4可以看出 C8-oxo-HSL對于P. aeruginosa TB-EPS中蛋白質具有顯著的影響,但是對于其中的多糖沒有過多影響作用.

2.3 C8-oxo-HSL對P. aeruginosa菌膠團穩定性影響

菌膠團是微生物間按照一定排列順序互相粘結在一起,并且被一個公共莢膜所包圍形成一定形狀的細菌膠團[23].菌膠團具有較強的吸附和氧化有機物能力,并為其中微生物提供良好的生存環境,是活性污泥和生物膜的重要組成部分,并在水處理過程中起重要作用.因此菌膠團是生物法處理污水技術中最主要的部分之一,是保持整個污水處理系統穩定運行的關鍵因素之一[23-25].菌膠團的Zeta電位可以用于表示菌膠團膠體系統的穩定性趨勢.Zeta電位絕對值大則菌膠團間相對穩定,Zeta電位絕對值小則菌膠團間則容易失穩團聚.因此,本研究采用Zeta電位作為菌膠團穩定性指標.

圖 5 顯示了不同 C8-oxo-HSL濃度對 P. aeruginosa菌膠團Zeta電位影響.隨著C8-oxo-HSL濃度不斷升高,P. aeruginosa菌膠團膠體Zeta電位不斷升高,由-16mV增長到-25mV,即C8-oxo-HSL濃度增加有利于使P. aeruginosa菌膠團膠體系統趨向于穩定狀態而不易團聚.這主要因為隨著C8-oxo-HSL濃度升高,P. aeruginosa細菌分泌大量的蛋白質(圖4(a))而促進了菌膠團莢膜的形成和加強整個菌膠團的穩定性. C8-oxo-HSL濃度達10-10g/L,P. aeruginosa菌膠團膠體 Zeta電位有明顯升高.這一結果說明10-10g/L C8-oxo-HSL 是 群 體 效 應 使 P. aeruginosa菌膠團膠體穩定性提高的闕值濃度.而該闕值濃度與2.1中影響P. aeruginosa細菌量的闕值濃度相同,說明C8-oxo-HSL通過促進P. aeruginosa菌量增加,使細菌不斷團聚從而提高整個菌膠團來增強菌膠團的穩定性.因此, C8-oxo-HSL可有效地通過群體效應作用使污水處理系統中的菌膠團穩定性有明顯增強.

圖5 P. aeruginosa 12h培養后菌膠團穩定性變化Fig.5 Zoogloea stability of the P. aeruginosa after 12h culture with C8-oxo-HSL addition

2.4 C8-oxo-HSL對P. aeruginosa生物膜形成影響

本研究通過分析生物膜菌量來研究 C8-oxo-HSL對P. aeruginosa生物膜形成的影響(圖6).C8-oxo-HSL濃度為0、10-11、10-10、10-9g/L時候,P. aeruginosa生物膜菌量約為 1.4OD600. C8-oxo-HSL濃度達到10-8g/L以上,P. aeruginosa生物膜細菌量則快速增長,預示生物膜快速形成.這一結果也驗證了2.1中的結論,C8-oxo-HSL可以有效促進 P. aeruginosa的生長以及增加 P. aeruginosa的細菌量.從生物膜細菌量變化可以得出10-8g/L C8-oxo-HSL為P. aeruginosa生物膜快速增長的闕值濃度.然而 Filckinger等[26]指出P. aeruginosa的最適信號分子C12-oxo-HSL引起其生物膜快速增長的闕值濃度達10-2g/L.孫頡等[7]則指出 10-6g/L C8-oxo-HSL濃度方可引起養殖污水處理系統中生物膜明顯快速增長.這主要是由于細菌菌體間個體差異性造成,不同細菌對應的相同行為闕值濃度具有較大差異[17-26].因此,對于利用AHLs信號分子刺激生物膜生長需進行預實驗測量闕值濃度.

C8-oxo-HSL刺激P. aeruginosa生物膜快速生長的闕值濃度(10-8g/L)比引起混合液中 P. aeruginosa的細菌快速增長的闕值濃度(10-10g/L)要高.這主要因為生物膜的生長是細菌量增加、EPS析出以及細菌個體與EPS團聚和吸附的復雜過程.之前研究[26]指出需更高濃度的群體效應信號分子方可引起P. aeruginosa大量析出EPS并促使細菌體-EPS團聚物吸附在物體表面形成生物膜.因此,由于P. aeruginosa生物膜的形成同時和細菌菌量與胞外聚合物濃度直接相關,所以C8-oxo-HSL刺激P. aeruginosa生物膜快速生長的闕值濃度較高.

圖6 不同C8-oxo-HSL濃度作用下P. aeruginosa經12h培養后生物膜變化Fig.6 Variations of the P. aeruginosa biofilm after 12h culture with C8-oxo-HSL addition

3 結論

3.1 C8-oxo-HSL可有效刺激P. aeruginosa大量生長,其對應闕值濃度為10-10g/L C8-oxo-HSL,并且推知具有LuxI/R群體效應系統的革蘭氏陰性菌在較低的AHLs濃度作用下可大量增殖.

3.2 C8-oxo-HSL可有效刺激P. aeruginosa分泌大量蛋白質到 TB-EPS中,其對應闕值濃度為10-7g/L C8-oxo-HSL.但 C8-oxo-HSL 對 P. aeruginosa TB-EPS中的多糖沒有明顯影響作用.

3.3 C8-oxo-HSL可通過促進P. aeruginos菌量增加,使細菌不斷團聚從而增強菌膠團的穩定性

3.4 C8-oxo-HSL可有效促進P. aeruginosa形成生物膜.但由于P. aeruginosa生物膜的形成同時和細菌菌量與胞外聚合物濃度直接相關,所以C8-oxo-HSL刺激P. aeruginosa生物膜快速生長的闕值濃度較高.

[1] 楊瀟瀟,汪作煒,夏四清.雙膜曝氣生物膜反應器除水中硝氮和高氯酸鹽 [J]. 中國環境科學, 2016,36(10):2972-2980.

[2] 王良杰,湛含輝,孫 璨.以脫水污泥為接種污泥促進好氧污泥顆粒化 [J]. 中國環境科學, 2016,36(11):3405-3411.

[3] 李蒙英,陸 鵬,張 跡,等.生物膜中群體感應因子細菌的分離及成膜能力 [J]. 中國環境科學, 2007,27(11):194-198.

[4] 張海豐,于海歡.基于群體淬滅理論MBR減緩膜污染研究進展[J]. 硅酸鹽通報, 2015,(3):764-769.

[5] Xia S, Zhou L, Zhang Z, et al.Influence and mechanism of N-(3-oxooxtanoyl)-L-homoserine lactone (C8-oxo-HSL) on biofilm behaviors at early stage [J]. Journal of Environmental Sciences, 2012,24(12):2035-2040.

[6] 李俊英,王榮昌,夏四清.群體感應現象及其在生物膜法水處理中的應用 [J]. 應用與環境生物學報, 2008,(1):138-142.

[7] 孫 頡,宋協法,馬 真.兩種AHLs信號分子對生物膜法養殖污水處理條件下水體內環境的影響 [J]. 環境工程學報, 2013,(6): 2250-2254.

[8] Yeon K, Cheong W, Oh H, et al. Quorum sensing: a new biofouling control paradigm in a membrane bioreactor for advanced wastewater treatment [J]. Environmental science & technology, 2008,43(2):380-385.

[9] Nam A, Kweon J, Ryu J, et al. Reduction of biofouling using vanillin as a quorum sensing inhibitory agent in membrane bioreactors for wastewater treatment [J]. Membrane Water Treatment, 2015,6(3):189-203.

[10] Kim M, Chio D, Yeon K, et al. Enzyme-immobilized nanofiltration membrane to mitigate biofouling based on quorum quenching [J]. Environmental Science & Technology, 2011,45(4):1601-1607.

[11] Jiang W, Xia S, Liang J, et al. Effect of quorum quenching on the reactor performance, biofouling and biomass characteristics in membrane bioreactors [J]. Water research, 2013,47(1):187-196.

[12] Albuquerque P and Casadevall A. Quorum sensing in fungi–a review [J]. Medical mycology, 2012,50(4):337-345.

[13] Waters C and Bassler B. Quorum sensing: cell-to-cell communication in bacteria [J]. Annu. Rev. Cell Dev. Biol., 2005, 21:319-346.

[14] Kumari S, Chetty D, Ramdhani N, et al. Phenol degrading ability of Rhodococcus pyrinidivorans and Pseudomonas aeruginosa isolated from activated sludge plants in South Africa [J]. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 2013,48(8): 947-953.

[15] Kim S, Yun Z, Ha U, et al. Transfer of antibiotic resistance plasmids in pure and activated sludge cultures in the presence of environmentally representative micro-contaminant concentrations [J]. Science of the Total Environment, 2014,468:813-820.

[16] Mita L, Grumiro L, Rossi S, et al. Bisphenol A removal by a Pseudomonas aeruginosa immobilized on granular activated carbon and operating in a fluidized bed reactor [J]. Journal of hazardous materials, 2015,291:129-135.

[17] Holm A, Vikstrom E. Quorum sensing communication between bacteria and human cells: signals, targets, and functions [J]. Frontiers in Plant Science, 2014,(5):1-7.

[18] 楊 帆,張 樂,盛哈蕾,等.銅綠假單胞菌中群體感應系統的研究進展 [J]. 中國抗生素雜志, 2012,(1):16-20.

[19] Xia S, Zhou L, Zhang Z, et al. Removal mechanism of lowconcentration Cr (VI) in a submerged membrane bioreactor activated sludge system [J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2015,99(12):5351-5360.

[20] 衛 陽,張亞妮和段康民.銅綠假單胞菌鐵與群體感應系統的調節 [J]. 西北大學學報(自然科學版), 2010,(5):828-832.

[21] 郭文慧,王錦利,周愛蓮,等.群體感應抑制劑控制微生物污染的研究進展 [J]. 安徽農業科學, 2015,32:35-37.

[22] 鄭甜甜,黃 丹,班允赫,等.群體感應抑制控制膜生物污染的研究進展 [J]. 遼寧化工, 2013,(10):1181-1184.

[23] 楊 雄,彭永臻,宋姬晨,等.進水中碳水化合物分子大小對污泥沉降性能的影響 [J]. 中國環境科學, 2013,33(2):448-456.

[24] 何 理,高大文.基于反硝化聚磷菌的顆粒污泥的培養 [J]. 中國環境科學, 2014,34(2):383-389.

[25] 常 青.活性污泥中胞外聚合物的組成及功能分析 [D]. 西安:西安建筑科技大學, 2014.

[26] Flickinger S, Copeland M, Downes E, et al. Quorum sensing between Pseudomonas aeruginosa biofilms accelerates cell growth [J]. Journal of the American Chemical Society, 2011, 133(15):5966-5975.

Effect of C8-oxo-HSL on the growth of P. aeruginosa in wastewater treatment.

ZHOU Li-jie1,2,3, WANG Xin3, HAN Qian1, ZHU Ting-ting1, CHENG Gong1, XIA Si-qing3*(1.State Environmental Protection Key Laboratory of Drinking Water Source Management and Technology, Shenzhen Key Laboratory of Drinking Water Source Safety Control, Shenzhen Key Laboratory of Emerging Contaminants Detection & Control in Water Environment, Shenzhen Academy of Environmental Sciences, Shenzhen 518001, China；2.College of Chemistry and Emvironmental Engineering, Shenzhen University, Shonzhen 518060, China；3.State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China). China Environmental Science, 2017,37(5)：1930～1936

N-(3-oxo octanoyl)-L-homoserine lactone (C8-oxo-HSL) is a commonly detected quorum sensing molecule in both natural and built environments. Although it is known that Pseudomonas aeruginosa CICC 23618 can secrete C8-oxo-HSL, behavioral changes of P. aeruginosa under the influence of C8-oxo-HSL remain unelucidated. Due to unique bioactivities often harbored by P. aeruginosa species important to many biological processes (e.g., activated sludge process), it is fundamentally important to understand effects of C8-oxo-HSL to P. aeruginosa. The study showed that C8-oxo-HSL at as low as 10-10g/L level could enhance the growth rate of P. aeruginosa. Thus, it is rational to predict that the growth of gram-negative bacteria bearing the LuxI/R quorum sensing system might also be enhanced by HSL molecules at low concentrations. The study also observed that 10-7g/L C8-oxo-HSL was sufficient to cause P. aeruginosa to secrete a relatively high amount of proteins into its tightly bound EPS, but the production of polysaccharide unaffected by C8-oxo-HSL. Biofilm formation is a complex biological process involving combined effects of cell growth and EPS production. Given the effects mentioned above, it is not surprised to see that 10-8g/L C8-oxo-HSL eventually enhanced the formation of P. aeruginosa biofilm and improved the stability of its cell aggregates. Overall, the study quantitatively demonstrated how C8-oxo-HSL as a representative of HSL quorum sensing family impacted the physiology of P. aeruginosa and revealed its potential implications in biological processes.

quorum sensing；P. aeruginosa；C8-oxo-HSL；zoogloea；biofilm

X171

A

1000-6923(2017)05-1930-07

周禮杰(1987-),男,廣東深圳人,工程師,博士,主要從事水污染控制及資源化研究.發表論文10余篇.

2016-10-28

國家自然科學基金(51378368);深圳市科技研發資金項目(CXZZ20150330151321966)

* 責任作者, 教授, siqingxia@tongji.edu.cn