微生物电化学系统（Microbial electrochemical system, MES）是一种以电活性生物膜为主体的新型环境生物技术，以其温和的反应条件、高效的生物催化特性及广阔的应用前景和普适特点，成为了近年来环境能源、环境生物治理等领域的研究热点。而电活性生物膜的稳定性是限制MES实际应用的主要影响因素之一。群体感应（Quorum Sensing, QS）调控胞外聚合物（Extracellular polymers substances, EPS）是生物膜耐受环境毒性物质冲击的重要保护屏障，而生物膜的生理特征和EPS的表达受到QS信号分子的调控。
近期，广东省科学院微生物研究所（省科学院微生物所）许玫英研究员团队针对污染控制系统中间歇式高盐浓度冲击的稳定运行难题，结合电活性生物膜在高盐环境污染治理中的巨大潜力，提出了QS调控EPS强化生物膜稳定性的新策略。该团队研究发现，在添加高丝氨酸内酯（3OC12-HSL）培养的电活性生物膜具有较强的耐盐冲击性能，在4 h的高盐溶液（盐浓度10%）浸泡过后，其电流密度可以恢复到之前的50.7%，而其他非QS对照组仅能恢复6.7%-30%，这主要得益于QS信号分子对于电活性菌成膜性能的提升，较高的生物膜厚度使得生物膜具有较强的抗冲击性能。
进一步研究表明，QS调控下的生物膜能够分泌更多的EPS，同时EPS含有较多的多糖，不仅提升了生物膜各细胞的粘附性（增加厚度），同时也延缓了Na+向生物膜内部的迁移。生物膜的群落分析揭示了QS信号分子对相关功能群落的选择性进化现象。变形菌门和厚壁菌门是QS调控电活性生物膜的优势微生物门类。其中，Pseudomonas sp., Petrimonas sp., Proteiniphilum sp., 以及Thiobacillus sp.等种属具有较高的相对丰度（相对于非QS调控的对照组而言），这些优势菌属与电活性生物膜的电子传递、EPS结构和组分高度相关。一系列的研究结果表明，QS信号分子能够从微观上改变电活性生物膜的微生物群落结构，通过调控EPS的结构组成，强化电活性生物膜的耐冲击特性。该研究为基于电活性生物膜的高盐环境污染治理技术的创新和发展提供新的理论参考。
相关研究成果近期发表于环境领域顶级期刊Water Research，论文第一作者为省科学院微生物所周少锋副研究员，通讯作者为许玫英研究员。研究得到了国家重点研发计划（2021YFA0910300）、国家自然科学基金青年基金 (21906028)、广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金项目（2021GDASYL-20210103022, 2022GDASZH-2022010203, 2020GDASYL-20200103019）等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.119823
（省科学院微生物所/供稿）
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