恩诺沙星驱动微好氧条件下Ca. Kuenenia stuttgartiensis的超选择性富集及其脱氮增效机制研究

为解决抗生素环境中厌氧氨氧化(anammox)菌富集效率低、代谢机制不明的问题，研究人员通过梯度浓度恩诺沙星(ENR)暴露实验，发现1 mg·L-1 ENR可使Ca. Kuenenia相对丰度提升至91.93%，氮去除效率(NRE)提高14%，并揭示其通过细胞色素c过氧化物酶(ccp)基因上调介导ENR生物转化的新机制，为抗生素废水处理提供新策略。

　　

在污水处理领域，厌氧氨氧化(anammox)技术因其高效脱氮特性被誉为革命性突破，但核心功能菌群——厌氧氨氧化菌(AnAOB)的纯培养至今未获成功，严重制约其代谢机制研究。更棘手的是，抗生素污染水体中AnAOB的富集规律与抗性机制仍是未解之谜。中国某研究机构团队在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究，首次发现兽用抗生素恩诺沙星(ENR)竟能成为AnAOB的"生长助推剂"。

研究人员采用平行对照实验设计，通过宏基因组与宏转录组技术，结合ENR代谢产物检测，系统解析了ENR在厌氧氨氧化菌群中的归趋效应。研究发现：当ENR浓度达1 mg·L^-1时，实验组UB_ENR的氮去除效率较对照组提升14%，关键功能菌Ca. Kuenenia stuttgartiensis相对丰度飙升至91.93%，创下该菌株富集效率新纪录。更令人惊讶的是，菌群通过"吸附-降解"双途径实现13-37%的ENR去除，其中污泥吸附贡献率达54-7000 L·kg^-1的分配系数。

Anammox bioreactor set-up

研究团队构建了两套上流式厌氧污泥床(UASB)反应器，分别作为ENR暴露组(UB_ENR)和空白对照组(UA_CK)。接种污泥中Ca. Kuenenia初始丰度仅21%，通过135天梯度ENR暴露(0.2-1 mg·L^-1)，成功实现功能菌群定向富集。

The reactor performance

ENR暴露显著改变系统脱氮动力学：当进水NH₄⁺-N/NO₂^--N负荷调整为250/300 mg·L^-1时，UB_ENR的氮去除速率(NRR)达1.75 kg·m^-3·d^-1，较对照提升14%。宏基因组分析揭示，ENR通过激活细胞色素c过氧化物酶(ccp)基因表达，增强菌群ROS-SOS应激系统，这种独特的抗性机制成为AnAOB选择性富集的关键。

Conclusions

该研究突破性发现：1) 微好氧条件下，亚抑制浓度ENR可激活AnAOB的ccp防御系统，形成"抗性-富集"正反馈；2) Ca. Kuenenia stuttgartiensis具有潜在ENR生物转化能力，其代谢通路不同于传统amoA介导的抗生素降解途径；3) 建立ENR"浓度窗口效应"模型，为含抗生素废水处理提供精准调控参数。

这项研究不仅为AnAOB纯培养突破提供新思路，更开创性地证明：适当浓度的抗生素非但不是环境负担，反而能成为功能菌群定向驯化的"分子开关"。该发现对畜禽养殖废水、制药废水等特殊场景的脱氮工艺优化具有重要指导价值，为"以废治废"的环保理念提供了科学范本。