Rôles potentiels des acylhomosérine lactones (AHL) dans la survie des bactéries nitrifiantes dans certaines circonstances défavorables

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 705 (2023) Citer cet article

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Les rôles potentiels du quorum sensing (QS) dans l'activité et l'écologie des bactéries nitrifiantes, en particulier dans des circonstances défavorables, ont rarement été rapportés. Ici, huit réacteurs discontinus de séquençage de nitrification à l'échelle du laboratoire, avec ou sans ajout d'acyl homosérine lactones (AHL), ont été exploités respectivement dans des circonstances défavorables. Les résultats ont indiqué que l'introduction des AHL a amélioré de manière significative l'efficacité de l'élimination de l'azote en présence d'inhibiteurs de nitrification (dicyandiamide, DCD), a accéléré le groupe à basse température (10 °C) jusqu'à un stade stable et a amélioré l'efficacité d'utilisation des AHL dans ces deux cas. groupes. L'analyse communautaire et la qPCR ont en outre confirmé que les AHL augmentaient considérablement l'abondance de bactéries nitrifiantes dans le groupe à basse température et le groupe DCD, en particulier l'AOB. Cependant, dans des conditions normales (28 °C, pH = 8) ou un pH faible (5,5), les AHL n’ont eu aucun effet significatif. L'analyse canonique des correspondances a montré que les bactéries nitrifiantes répondaient positivement aux AHL, indiquant que l'ajout d'AHL était une stratégie efficace pour réguler le processus de nitrification. Cependant, dans des conditions acides, l’effet de ce mécanisme de régulation n’était pas significatif, ce qui indique que l’influence du pH sur le système était supérieure à celle des AHL. Cette étude a démontré que les AHL exogènes pourraient améliorer la compétitivité des bactéries nitrifiantes pour utiliser davantage de ressources et occuper de l'espace dans certaines conditions environnementales défavorables.

Les bactéries nitrifiantes sont des types de bactéries aérobies autotrophes relativement faibles, avec un cycle de génération plus long et des exigences plus élevées en matière d'environnement de survie. Certains facteurs défavorables peuvent influencer l'activité des bactéries nitrifiantes, tels que la basse température (< 15 °C), le pH, le temps de rétention hydraulique (HRT) court, l'ammoniac libre (FA) et l'acide nitreux libre (FNA)1,2. En outre, il peut y avoir des traces d'inhibiteurs de nitrification (NI) dans l'affluent de la station d'épuration des eaux usées, comme le dicyandiamide (DCD, un inhibiteur courant de l'oxydation de l'ammoniac fréquemment signalé dans les véritables stations d'épuration municipales)3, qui peuvent inhiber de manière significative la activité des bactéries nitrifiantes. Certains changements dans les facteurs environnementaux ont également un impact significatif sur le processus de nitrification, et il faudra beaucoup de temps au système pour retrouver un fonctionnement stable. En conséquence, il est d’une grande importance pratique d’explorer la récupération rapide des effets néfastes sur le système de nitrification.

La détection de quorum (QS) régule la relation écologique entre la flore et le comportement physiologique en libérant et en détectant la concentration d'une molécule signal pour induire l'expression de gènes apparentés chez les bactéries, et réaliser les fonctions physiologiques et les mécanismes de régulation qu'une seule bactérie ne peut pas réaliser, comme comme la formation de biofilm et la production de métabolites secondaires, etc.4,5,6. Les bactéries dépendent des activités physiologiques ci-dessus pour survivre sous les stress environnementaux7. Les N-acyl homosérine lactones (AHL), l'une des substances de signalisation QS, ont été bien caractérisées chez les bactéries à Gram négatif8,9. À l'heure actuelle, de nombreuses bactéries nitrifiantes dans les cultures pures et mixtes ont un effet QS, et leur corrélation avec QS a été confirmée par la technologie de séquençage génique10,11. Des cultures pures de nombreuses solutions surnageantes de bactéries oxydant l’ammoniac (AOB) pourraient produire des AHL, telles que Nitrosomonas europaea et Nitrosospira multiformis11,12. Des AHL ont également été détectés dans les bioréacteurs à membrane (MBR), les biofilms nitrifiants et les biofilms nitrifiants autotrophes13,14,15. Bien que certains AOB ne produisent pas d’AHL (avec le gène du récepteur AHL, sans le gène de l’AHL synthase), ils peuvent utiliser l’AHL12 exogène. Il a récemment été découvert que Nitrosospira multiformis, un autre organisme modèle AOB, possède une synthase et un régulateur de signalisation QS de type LuxI/R, qui peuvent produire des molécules de signalisation C4-HSL et 3-o-C14-HSL16. Yu et coll. ont découvert qu'améliorer l'extinction du quorum pour inhiber le QS dans le MBR réduirait l'effet de nitrification, prouvant ainsi indirectement l'importance du QS pour la nitrification17. Ces études ont montré une forte relation entre les bactéries nitrifiantes et le QS. Ainsi, il est raisonnable de soupçonner que le QS, qui est très important pour la survie des bactéries sous des stress environnementaux, puisse améliorer l’activité des bactéries nitrifiantes et l’élimination de l’azote dans des conditions stressantes.