邱東茹學科組曾發(fā)現(xiàn)，除了胞外多糖合成相關(guān)基因和基因簇，兩個編碼天冬酰胺合成酶的旁系同源基因（Water Research 102: 494-504）以及RpoN sigma因子（sigma54）對菌膠團的形成有重要作用。近日，該學科組鑒定出一個依賴于RpoN sigma因子的雙組分系統(tǒng)（Two-component system）PrsK（感受器組氨酸激酶）和PrsR（響應(yīng)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子），共同調(diào)控一類稱為PEP-CTERM的特殊胞外蛋白質(zhì)的表達。PEP為靠近羧基端、高度保守的脯氨酸-谷氨酸-脯氨酸基序，可能是蛋白質(zhì)分選信號。該蛋白富含天冬酰胺殘基（N），與胞外多糖可能通過N-聯(lián)鎖的蛋白質(zhì)糖基化形成網(wǎng)狀的EPS：胞外多糖長鏈相當于網(wǎng)線，而PEP-CTERM蛋白質(zhì)象使網(wǎng)線交織的網(wǎng)節(jié)，包裹微生物細胞來介導(dǎo)活性污泥微生物菌膠團的形成。利用質(zhì)粒過量表達PEP-CTERM蛋白A（PepA）可以繞開PrsK-PrsR二組分系統(tǒng)在菌膠團形成中的必要性。研究發(fā)現(xiàn)，所鑒定的與菌膠團形成相關(guān)的PEP-CTERM、prsK-prsR和胞外多糖合成基因和基因簇在索氏菌（Thuaera）、聚磷菌（CAP）、亞硝化細菌和最近發(fā)現(xiàn)的硝化螺旋菌屬（Nitrospira）的全程氨氧化菌（comammox）等多種重要的活性污泥細菌基因組或宏基因組中存在，說明這些活性污泥細菌可以形成菌膠團，從而在活性污泥工藝中得以富集，發(fā)揮有機污染物降解和除磷脫氮功能。

　　研究成果以Both widespread PEP-CTERM proteins and exopolysaccharides are required for floc formation of Zoogloea resiniphila and other activated sludge bacteria為題，在線發(fā)表在《環(huán)境微生物學》（Environmental Microbiology）上。

　　這些發(fā)現(xiàn)為揭示活性污泥微生物菌膠團形成機理打下良好基礎(chǔ)，對活性污泥工藝處理效率提升、污泥膨脹控制、剩余污泥減量和資源化利用等新技術(shù)開發(fā)具有參考意義。上述研究在研究員邱東茹指導(dǎo)下由博士生高娜、夏明等完成，研究工作得到了中科院“微生物組計劃”、中科院“百人計劃”經(jīng)費和國家自然科學基金的支持。

　　論文鏈接 

　　prsR對動膠菌形成菌膠團的作用。A-D，用亞甲美藍染色的顯微照片；E-F，對應(yīng)于A-D的菌株懸于試管中的狀態(tài)。

　　(A)動膠菌野生型，攜空質(zhì)粒，形成菌膠團；(B) prsR敲除突變株，攜空質(zhì)粒，不能形成菌膠團，可觀察到纖維狀的胞外多糖和分散的細菌細胞；(C) prsR敲除突變株的遺傳互補株，攜克隆有prsR基因的質(zhì)粒，形成菌膠團；(D) prsR敲除突變株，攜克隆有pepA的質(zhì)粒，在強啟動子驅(qū)動下不依賴于RpoN和PrsR過量表達PepA，形成菌膠團； (E) 振蕩后，模擬曝氣池狀況，prsR敲除突變株培養(yǎng)物處于渾濁狀態(tài)；(F）靜置后，模擬二次沉淀池狀況，菌膠團沉淀到底部，prsR敲除突變株則不能沉淀