《Bioresource Technology》：N-(3-oxohexanoyl)-homoserine lactone-assisted enrichment reshapes functional microbial consortia for chain elongation in electrofermentation
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强海峰|景一民|徐显宝|许成峰|刘志红|岳秀萍|周爱娟|弗朗西斯科·赫苏斯·费尔南德斯-莫拉莱斯|皮奥特·奥莱斯科维奇-波皮尔•3OC6-HSL在电发酵过程中使己酸产量提升了94.0%。•3OC6-HSL增加了CEB和EAB的数量，同时减少了同型丙酸菌的数量。•共现网络显示出紧密
强海峰|景一民|徐显宝|许成峰|刘志红|岳秀萍|周爱娟|弗朗西斯科·赫苏斯·费尔南德斯-莫拉莱斯|皮奥特·奥莱斯科维奇-波皮尔
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3OC6-HSL在电发酵过程中使己酸产量提升了94.0%。
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3OC6-HSL增加了CEB和EAB的数量，同时减少了同型丙酸菌的数量。
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共现网络显示出紧密的QS相关关联。
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宏基因组分析显示反向β-氧化基因的活性有所增强。
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Clostridium_kluyveri贡献了85.9%的ACAT基因丰度。
引言
通过有机废物生产己酸的链延长反应因具有潜在的经济价值以及己酸相对容易提取的特性而备受关注（Wang等人，2023年）。链延长细菌推动这一过程，但它们在厌氧系统中与多种功能群共存，形成复杂的协同与竞争关系，这些关系可能限制以己酸为目标的转化过程（Wu等人，2023年）。这些功能群的结构会影响碳和电子流的分配，进而决定链延长反应的效率（Thapa等人，2022年）。因此，了解如何塑造以链延长为目标的功能结构对于有针对性地提升该效率至关重要。
群体感应是一种基本的细胞间通讯机制，微生物通过合成和感知信号分子来协调群体行为（Zhou等人，2023年）。作为微生物种间通讯的关键介质，信号分子介导的群体感应已被证明能够调控生物膜形成、胞外聚合物合成以及代谢流分布等重要生理过程（Lv等人，2024年）。N-酰基高丝氨酸内酯作为群体感应中的典型信号分子，其不同的酰基链长度、取代基以及作用目标微生物群落会导致不同的微生物反应。例如，N-丁酰高丝氨酸内酯可促进水解和产酸作用（He和Zhu，2026年），而N-辛酰高丝氨酸内酯则能显著增加电活性细菌的数量以及电子转移效率（Li等人，2026b年）。此外，含有酮基的N-(3-氧代己酰)高丝氨酸内酯在某些微生物系统中能引发更强的生物反应并具备更高的水解稳定性（Wang等人，2021年）。然而，现有研究大多集中在单一厌氧系统中，由于微生物群落结构的差异，不同系统中共信号分子的调控作用也存在很大差别（Fu等人，2022年）。尤其是在链延长反应中，信号分子辅助的富集作用如何影响以链延长为目标的功能结构目前仍不明确，这也限制了基于群落层面的调控策略的发展。
电发酵通过施加电场来调节微生物代谢，为提升链延长反应效率提供了一种新方法（Jiang等人，2019年）。在电发酵过程中，电活性细菌可通过胞外电子转移将还原当量从电极传递给其他微生物，从而形成独特的电子相互作用网络（Wu等人，2024年）。这种相互作用不仅会影响电子流的分配，还可能调控链延长细菌的代谢活动，进而影响己酸的合成效率（He等人，2025年）。不过，电活性细菌与链延长细菌是否通过信号分子介导的群体感应实现功能耦合，以及不同信号分子如何影响这种耦合关系，目前仍缺乏深入研究。因此，阐明信号分子介导的群体感应如何在电发酵过程中重新构建以链延长为目标的功能结构，对于优化链延长反应性能具有重要意义。
基于上述考虑，本研究选择了三种具有代表性的N-酰基高丝氨酸内酯信号分子——C4-HSL、C8-HSL和3OC6-HSL，系统评估它们对电发酵过程中己酸合成、底物转化以及关键中间体代谢的影响。这三种分子分别代表短链、长链以及含酮基的N-酰基高丝氨酸内酯，有助于比较酰基链长度和取代基对微生物富集过程的影响。通过宏基因组测序、共现网络分析以及分类群-功能贡献分析，本研究探讨了在富集阶段添加这些信号分子如何与电发酵过程中推断出的微生物关联网络以及功能基因潜力相关联。本研究为利用信号分子辅助选择有利于己酸生产的微生物群落提供了依据。
章节节选
污泥发酵液的制备
本研究所使用的废活性污泥取自中国太原的海峰污水处理厂。经过40目筛过滤并沉淀24小时后，该污泥先经过硝酸盐光解氧化预处理，然后再进行厌氧发酵（35±1℃，120转/分钟），以促进短链羧酸的释放（Lu等人，2024年）。发酵持续进行直到短链羧酸的产量稳定，之后收集污泥发酵液用于链延长反应实验。
己酸的产生与底物转化
信号分子介导的群体感应显著影响了电发酵过程中的链延长反应效率。在三种N-酰基高丝氨酸内酯信号分子中，3OC6-HSL对己酸合成的提升效果最为显著，使其浓度达到2983.2±61.9毫克COD/升，相比对照组（1537.3±74.0毫克COD/升）提升了94.0%，这一数值也远高于C4-HSL和C8-HSL处理组的水平（p<0.001）（图1A）。如此高的产量表现与
结论
本研究表明，在富集阶段添加N-(3-氧代己酰)高丝氨酸内酯可提高污泥发酵液在电发酵过程中的己酸产量。在后续操作中无需再添加其他信号分子，该处理方式就能使己酸产量相比未处理的对照组提升94%，表观己酸电子转移效率则提升了21个百分点。此外，该处理还增加了链延长细菌和电活性细菌的数量，同时减少了同型丙酸菌的数量
CRediT作者贡献声明
强海峰：论文撰写——初稿、方法学、正式分析、概念设计。景一民：方法学、正式分析。徐显宝：论文撰写——审阅与编辑、实验研究、正式分析。许成峰：论文撰写——审阅与编辑、数据整理。刘志红：论文撰写——审阅与编辑、项目管理、资金获取、概念设计。岳秀萍：论文撰写——审阅与编辑、监督工作、资金获取。周爱娟：论文撰写——审阅与编辑、项目
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
