微生物群落特征对比揭示可再生柴油与F-76柴油对储罐腐蚀的差异化影响机制

【编辑推荐】本研究通过高通量测序技术对比分析了氢化可再生柴油（HRD）与海军F76柴油（F76）储罐中的微生物群落特征，揭示了HRD系统更高的微生物多样性及F76系统中α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）的绝对优势，为生物腐蚀（MIC）防控提供了关键靶点。研究采用16S rRNA V4-V5区测序（Illumina MiSeq）和dada2流程分析，发现两类燃料的群落结构差异显著（PERMANOVA R2=0.3518, P<0.001）。

　　

ABSTRACT

为解析驱动微生物腐蚀（MIC）的群落机制，研究团队对美国海军研究实验室（Stennis Space Center）的氢化可再生柴油（HRD）和石油基F76柴油（F76）储罐表面细菌群落进行表征。通过高通量测序和生物信息学分析，首次系统比较了两类燃料系统的微生物组差异。

ANNOUNCEMENT

燃料储罐易受环境微生物入侵，导致燃料污染和储罐材料腐蚀。研究聚焦两种典型燃料系统：HRD（源自有机材料加氢处理）和传统F76柴油。采样涉及储罐界面漂浮物、滤膜样本和腐蚀产物，采用ZymoBIOMICS和Qiagen PowerBiofilm双套DNA提取方案，通过515F-Y/926R引物扩增16S rRNA V4-V5区，Illumina MiSeq平台生成2×300 bp双端读长。

数据分析显示，F76系统的微生物群落呈现高度特异性——α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）占比超90%，其中鞘脂单胞菌科（Sphingomonadaceae）占据绝对优势。相比之下，HRD系统展现出更丰富的菌群结构：拟杆菌门（Bacteroidia）的几丁质噬菌科（Chitinophagaceae）和黄杆菌科（Flavobacteriaceae）显著富集，而F76系统中特有的暗杆菌科（Obscuribacteraceae）在HRD中几乎绝迹。

关键发现

1. 群落差异：PCA分析证实两类燃料的菌群结构显著分离（PERMANOVA R²=0.3518），F76样本呈现更紧密的聚类模式

2. 腐蚀相关菌群：F76系统的α-变形菌纲丰度达93.18%（样本F52），其代谢特性可能加速金属腐蚀

3. 提取方法影响：Qiagen试剂盒对生物膜样本的DNA得率比Zymo方案高约15%，但两种方法检出的优势菌群一致

技术亮点

研究采用dada2流程（maxEE=4）处理单端240 bp读长，Silva v138.1数据库注释ASV。通过phyloseq包进行中心对数比（CLR）转换，发现HRD系统的香农多样性指数比F76高2.3倍。在门水平上，F76系统的变形菌门（Proteobacteria）占比高达97%，而HRD中拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）合计占比超30%。

ACKNOWLEDGMENTS

本研究受DARPA Arcadia计划资助，美国海军研究实验室完成独立验证。成果为可再生燃料储运过程中的微生物防控提供了首个系统性组学证据，特别揭示了生物能源基础设施面临的潜在微生物风险。