研究人员揭示活性污泥细菌菌胶团形成的机制

近三十年来，我国的工业化和城市化带来了严重的水污染问题，污染性缺水加剧。目前，应用活性污泥(Activated sludge)进行生化处理是城市污水处理的主流技术，由此产生的每年高达3000多万吨的巨量污泥大多未能得到妥善处置和有效利用，有可能造成二次污染。而且，活性污泥工艺运行过程中经常发生污泥膨胀(Sludge bulking)问题，严重影响处理效率。活性污泥研究与开发迫在眉睫。

活性污泥菌胶团形成(Floc formation)是二次沉淀池中泥水重力分离和污泥回用(维持曝气池中微生物浓度)的前提，是活性污泥法成功的关键。中国科学院水生生物研究所研究员邱东茹学科组对活性污泥微生物菌胶团形成的机制进行较为深入的研究。

他们与合作者分别从武汉和香港的城市污水处理厂分离得到喜树脂动胶菌(Zoogloea resiniphila)，开展了系列研究，取得如下结果：

1)对两株动胶菌进行了基因组测序和注释，揭示了这一活性污泥优势细菌属的碳、氮和磷代谢的一些特点;

2)通过转座子插入突变、基因定点敲除与遗传互补试验等分子遗传学分析，鉴定了MMB菌株中与菌胶团形成相关的一个大型基因簇;

3)发现其中两个编码天冬酰胺合成酶的旁系同源基因在菌胶团形成过程中具有重要功能，这两个基因突变或敲除后能够阻断或推迟菌胶团的形成;

4)通过比较基因组学分析发现类似的基因簇也存在于其他重要的活性污泥细菌基因组或宏基因组(特别是聚磷菌，该类细菌在强化生物除磷工艺中具有重要作用，但还未能分离培养)中，说明这些细菌也可以形成菌胶团，从而可通过特定工艺在活性污泥中加以富集而发挥作用;

5)对胞外多糖的单糖组成进行了初步分析，并发现该基因簇中糖基转移酶基因组成上存在种间和种内差异。

这些发现为揭示活性污泥微生物菌胶团形成机理和脱氮除磷工艺作用原理打下了良好的基础，对活性污泥膨胀的控制、剩余污泥减量和资源化利用等新技术开发具有参考意义。相关论文 Comparative genomics analyses on EPS biosynthesis genes required for floc formation of Zoogloea resiniphila and other activated sludge bacteria 日前已在线发表于Water Research(DOI: 10.1016/j.watres.2016.06.058)。

该研究是在邱东茹指导下由硕士研究生安卫星等完成，合作者包括香港大学副教授张彤和博士郭峰(完成从香港污水处理厂分离的喜树脂动胶菌TS9株的测序和分析)以及中科院遗传与发育生物学研究所博士陈浩峰等。该研究得到了中科院“百人计划”科研经费、中科院水生所领域前沿项目和中科院科普项目等经费的支持。