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为探究厌氧氨氧化（anammox）细菌对高肼（N2H4）浓度的遗传响应，研究人员让 anammox 培养物短期暴露于高浓度N2H4。结果发现高浓度N2H4会抑制其代谢和生存。该研究为优化 anammox 技术提供依据。
在当今的工业领域，肼（
N2H4）及其衍生物应用广泛，从航天到化工，都有它们的身影。然而，传统的肼生产过程存在诸多弊端，不仅效率低、能耗高，还会产生大量难以处理的盐类副产品，对环境造成严重污染。同时，肼具有毒性和潜在致癌性，从废水中去除肼迫在眉睫。厌氧氨氧化（anammox）技术作为一种高效环保的生物处理方法，近年来备受关注，其中肼是 anammox 代谢过程中的独特中间产物。此前，虽然有研究关注过向 anammox 系统中添加少量肼的影响，但对于高浓度肼对 anammox 细菌的代谢和转录组的影响，人们知之甚少。为了填补这一知识空白，来自马尔马拉大学（Marmara University）的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Biodegradation》上，为进一步优化 anammox 技术提供了重要依据。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，通过建立实验室规模的 2L 侧臂生物反应器富集 anammox 培养物；接着进行短期实验，设置不同肼浓度梯度，在缺氧环境下开展批次测试；之后对样本进行 RNA 分离和测序，并运用生物信息学手段进行分析；最后采用多种分析方法对相关指标进行检测。
短期对肼的响应
研究人员在短期实验中设置了 5 种不同的N2H4剂量（99 ± 0.5mg/L、439 ± 0.4mg/L、1.05 ± 0.003g/L、1.88 ± 0.01g/L、3.06 ± 0.02g/L）。结果显示，除了最高剂量组（S5），富集的 anammox 培养物对N2H4的消耗随时间增加而增加。N2H4去除率在一定范围内随浓度增加而显著提高，在 1.88 ± 0.01g/L 时达到平衡，呈现 Monod - 样动力学。对于NO2??N的去除，所有实验组的去除效率都高于对照组，且随N2H4浓度增加而增加，符合希尔方程所描述的饱和动力学。而NH4+?N的去除则呈现不同模式，随N2H4剂量增加，其消耗减少甚至出现积累，这可能与N2H4的歧化反应有关。
肼诱导的 anammox 培养物的转录响应
由于无法获得 anammox 细菌的纯培养物，研究人员对富集的 anammox 培养物进行了代谢转录组分析。结果发现，样本中微生物多样性丰富，除了 anammox 细菌外，还有多种其他原核生物。在所有生物质样本中，Planctomycetes（现称 Planctomycetota）门占微生物群落的大部分，其中 Ca. Kuenenia stuttgartiensis 是唯一鉴定出的 anammox 物种，短期暴露于 2g/L N2H4使其相对丰度略有下降。
通过差异基因表达分析，研究人员发现共有 54 个基因上调，199 个基因下调。高浓度N2H4（~2g/L）显著降低了富集的 anammox 培养物的表达动态，影响了包括 HAO - 样蛋白、N2H4合成、ATP 合成和能量守恒、乙酰 - CoA 途径以及底物转运等代谢过程。例如，参与这些过程的关键基因 hzs、hdh、hao 等均显著下调，而 AAA 家族 ATPase 相关基因则上调，这表明 anammox 细菌在N2H4压力下可能需要更多能量来维持细胞完整性。
研究结论和讨论
该研究表明，anammox 细菌在短期暴露下能够耐受高达约 1.88g/L 的N2H4浓度，甚至可以代谢N2H4 ，且外源性N2H4提高了 anammox 细菌对NO2??N的消耗效率和速率。然而，高浓度N2H4会导致NH4+?N在系统中积累，同时严重损害 anammox 细菌在分子水平的活性，抑制其关键代谢过程。
这一研究成果具有重要意义。一方面，它为利用 anammox 细菌处理含肼工业废水提供了理论依据，有助于优化废水处理工艺，提高处理效率；另一方面，也为进一步研究 anammox 细菌的代谢机制以及开发新的生物技术提供了方向。未来的研究可以聚焦于确定抑制 anammox 细菌的具体N2H4浓度阈值，以及通过基因工程、优化操作参数或开发微生物群落等策略来增强其对高浓度N2H4的耐受性，从而推动 anammox 技术在更广泛领域的应用，为环境保护和可持续发展做出更大贡献。
