《Cell Reports》：Cross-feeding rewires carbon and nitrogen fluxes in anammox consortia treating long-chain fatty acids
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长链脂肪酸（long-chain fatty acids, LCFAs）常见于富含脂质的废水中，但其对厌氧氨氧化（anaerobic ammonium oxidation, anammox）的剂量依赖性效应仍不清楚。本研究采用多组学方法，在不同C/N比条件下进
长链脂肪酸（long-chain fatty acids, LCFAs）常见于富含脂质的废水中，但其对厌氧氨氧化（anaerobic ammonium oxidation, anammox）的剂量依赖性效应仍不清楚。本研究采用多组学方法，在不同C/N比条件下进行短期和长期实验，评估油酸对anammox的影响。油酸表现出剂量依赖性效应。低剂量油酸（特别是C/N=0.1）提高了氮去除性能，而高剂量将亚硝酸盐消耗从anammox转向异养还原。多组学分析表明，适当的油酸剂量还刺激了中心碳代谢，而Wood-Ljungdahl途径保持相对稳定。13C同位素示踪结果表明，油酸来源的碳进入乙酸、中心碳中间体、氨基酸、肽和维生素相关代谢物，支持了涉及LCFA降解异养菌和anammox细菌的交叉喂养框架。相反，过量的油酸导致油酸降解不完全、膜损伤和群落重构。这些发现为控制LCFA剂量以改善基于anammox的富含有机物侧流处理提供了基础。
该研究发表于《Cell Reports》，系统揭示了油酸（一种典型长链脂肪酸，LCFA）对厌氧氨氧化（anammox）菌群的剂量依赖性影响及其代谢机制。
**研究背景**：过量氮排放导致水体富营养化，传统硝化-反硝化工艺能耗高、需外加碳源。anammox技术具有低耗、无需有机碳的优势，但系统对高有机负荷敏感。LCFAs常见于含脂废水中，此前研究多聚焦短链脂肪酸（SCFAs），而LCFAs对anammox的作用尚不明确。为此，研究人员以油酸（C18:1）为模型，考察不同C/N比下其对脱氮性能、代谢通路和微生物群落的影响。
**研究方法**：样本取自青岛成熟anammox反应器的颗粒污泥。主要技术包括：短期批次实验（C/N=0~30）、长期SBR反应器实验（C/N=0~6）、宏转录组学、宏蛋白质组学、13C标记油酸同位素示踪代谢组学、非靶向代谢组学、1?N标记结合RNA-FISH、RT-qPCR及16S rRNA基因测序。
**研究结果**：
**油酸添加下的氮去除性能**：短期实验显示，C/N=0.1~0.8时油酸促进NH??-N去除，而C/N≥6时显著抑制；总氮（TN）去除效率在C/N=0.1~2提高，高C/N下骤降。反应计量比（Rs和Rp）表明低剂量维持anammox主导，高剂量转向异养还原。
**油酸去除性能**：C/N=0.1~12时油酸去除率近100%；C/N=18和30时降至~65%和47%，不完全降解伴随脱氮恶化。
**油酸暴露下转录和酶水平的微生物响应**：门水平上，Planctomycetota（含anammox菌）在低剂量保持优势，高剂量下降；Acidobacteriota和Proteobacteria富集。属水平上，Candidatus Brocadia在低剂量时丰度稳定或略增，高剂量下降；OLB17等异养菌随剂量增加。RT-qPCR证实低剂量维持anammox转录，高剂量抑制。
**油酸驱动的微生物功能通路变化**：KEGG分析显示，低-中剂量刺激氮代谢，高剂量抑制；脂肪酸降解始终高表达；TCA循环和糖酵解在C/N=0.8最强；高剂量下群体感应和双组分系统受损。
**油酸暴露下的代谢可塑性**：氮代谢方面，低剂量上调anammox核心基因（hzsA/B/C、hzo、hdh），同时激活反硝化基因和nrfA（DNRA）；1?N标记和RNA-FISH证实anammox具有内源DNRA能力。碳代谢方面，低-中剂量激活糖酵解、磷酸戊糖途径（PPP）和TCA循环，Wood-Ljungdahl途径（WLP）相对稳定，而还原性甘氨酸途径（rGlyP）显著增强。油酸降解途径方面，低剂量时β-氧化基因和酶协调上调；13C示踪显示油酸碳进入丙酮酸、琥珀酸和乙酸，而高剂量时积累长链中间体，β-氧化酶系受损。乙酸代谢方面，低剂量主要通过乙酰辅酶A合成酶途径同化。交叉喂养方面，13C标记的氨基酸（尤其是高成本氨基酸）、维生素和肽相关代谢物均被检出，表明油酸碳进入合成代谢；高剂量时这些代谢物在液相中异常积累，提示细胞泄漏。膜代谢方面，低剂量引起适应性脂质重塑，高剂量导致脂质过氧化、梯形烷脂质泄漏和细胞超微结构损伤。
**可能机制**：低剂量下，异养菌通过β-氧化降解油酸产生乙酸、氨基酸和维生素等可扩散代谢物，支持交叉喂养，促进anammox与反硝化协同；高剂量则导致不完全降解、膜损伤和群落向异养转变，削弱anammox。
**长期响应**：30天运行显示，C/N=0.1提供稳定增强（NH??-N、NO??-N和TN去除效率分别提高10.3%、11.2%和8.8%），且Rs接近理论值1.32；高C/N（3和6）下anammox几乎消失，Pseudomonas等异养菌占主导，污泥上浮。
**讨论与结论**：该研究证明油酸是剂量依赖的代谢调节剂，而非单纯抑制剂。适当投加通过交叉喂养和代谢重编程增强脱氮，过量则导致膜损伤和群落失调。因此，工程上应精确控制LCFA投加量，可将其作为原位代谢调节剂，用于餐厨废水等富含有机物的侧流处理。研究局限性包括使用单一油酸、合成废水和实验室规模反应器，未来需以混合LCFAs和实际废水进行验证。
