Potential Growth of Anammox Bacteria under Aerobic Conditions

好氧条件下厌氧氨氧化菌的潜在生长

• 这项研究发现，在好氧条件下，厌氧氨氧化（anammox）系统中的硝酸盐产量明显高于厌氧条件，且总氮没有损失。
• 你能获得：颠覆对厌氧氨氧化菌“厌氧”的传统认知，认识到它们在自然界氮循环中的重要作用，并为污水处理提供新的思路。

核心内容：

1. 厌氧氨氧化菌可以在好氧条件下生长，通过氧化亚硝酸盐和脱氢肼为碳固定提供电子。

• 在好氧条件下，厌氧氨氧化菌的肼脱氢酶受到抑制，而亚硝酸盐氧化还原酶的转录表达提高了2.7倍。
• 通过13C碳酸氢盐的DNA稳定同位素探针（DNA-SIP）发现，好氧培养中存在带有13C同位素的厌氧氨氧化菌，进一步证明厌氧氨氧化菌可以在好氧条件下生长。
• 这表明厌氧氨氧化菌并非完全厌氧，颠覆了我们对它们的传统认知。

2. 厌氧氨氧化菌在好氧条件下，糖酵解、伍德-隆达尔途径和三羧酸循环的大部分途径都被上调。

• 代谢组学分析表明，在好氧条件下，厌氧氨氧化菌的碳代谢、氨基酸代谢和其他碳水化合物代谢更加活跃，以提供能量。
• 这表明厌氧氨氧化菌在好氧条件下具有更强的代谢能力。

3. 大量细菌铁氧还蛋白是厌氧氨氧化菌在好氧环境中的重要抗氧化酶，使其比其他厌氧菌具有更强的氧气适应能力。

• 基因编码的抗氧化酶（如超氧化物歧化酶（SOD）和细胞色素c氧化酶（CcO））存在于厌氧氨氧化菌的宏基因组中。
• 在好氧条件下，CcO的转录丰度显著上调。
• 与其他细菌相比，厌氧氨氧化菌具有显著更高的细菌铁氧还蛋白水平，这赋予了它们更强的氧气适应能力。

4. 低氧浓度是厌氧氨氧化菌在好氧条件下生长的必要条件。

• 当溶解氧较高时，活性氧水平会显著增加，导致厌氧氨氧化菌的不可逆抑制。
• 这表明厌氧氨氧化菌在好氧条件下生长需要一定的氧气浓度控制。

5. 厌氧氨氧化菌在好氧条件下可以通过亚硝酸盐氧化获得电子，这是一种以前未被发现的厌氧菌好氧生长机制。

• 厌氧氨氧化菌中的亚硝酸盐氧化还原酶（NXR）与亚硝酸盐氧化细菌（包括完全氨氧化细菌）的膜结合或可溶性NXR在系统发育上密切相关。
• NXR参与的亚硝酸盐氧化过程不易受到氧气抑制。
• 这使得厌氧氨氧化菌可以在好氧条件下生长，并为碳固定提供电子。

问答

Q: 为什么厌氧氨氧化菌能够在好氧条件下生长？

A: 厌氧氨氧化菌能够在好氧条件下生长，主要归功于它们独特的电子传递链和抗氧化机制。它们可以通过亚硝酸盐氧化获得电子，并利用大量的细菌铁氧还蛋白来应对活性氧的威胁。

Q: 厌氧氨氧化菌在自然界氮循环中扮演什么角色？

A: 厌氧氨氧化菌在自然界氮循环中扮演着重要的角色，它们可以将氨和亚硝酸盐转化为氮气，从而减少水体中的氮污染。

Q: 这项研究对污水处理有什么意义？

A: 这项研究表明，厌氧氨氧化菌并非完全厌氧，它们可以在好氧条件下生长。这为污水处理提供了新的思路，例如可以设计好氧/厌氧交替的反应器，以提高氮去除效率。