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Autoinducer-2 quorum sensing regulates biofilm formation and chain elongation metabolic pathways to enhance caproate synthesis in microbial electrochemical system

群体感应 小桶 代谢途径 生物化学 高丝氨酸 生物膜 化学 信号转导 转录组 新陈代谢 生物 基因 细菌 基因表达 遗传学 毒力
作者
Jing Li,He Liu,Chao Zhao,Jie Zhang,Wanying He
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier]
卷期号:344: 140384-140384 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2023.140384
摘要

Quorum sensing (QS) have been explored extensively. However, most studies focused on N-acyl homoserine lactones (AHLs) participating in intraspecies QS. In this study, autoinducer-2 (AI-2, participating in interspecies QS) with different concentration was investigated for chain elongation in microbial electrosynthesis (MES). The results demonstrated that the R3 treatment, which involved adding 10 μM of 4,5-dihydroxy-2,3-pentanedione (DPD) in the reactor, exhibited the best performance. The concentration of caproate was increased by 66.88% and the redox activity of cathodic electroactive biofilms (EABs) was enhanced. Meanwhile, microbial community data indicated that Negativicutes relative abundance was increased obviously in R3 treatment. In this study, the transcriptome Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) and Gene Ontology (GO) databases were used to analyze the metabolic pathway of chain elongation involving fatty acid biosynthesis (FAB) pathway and reverse β-oxidization (RBO) pathway. KEGG analysis revealed that fatty acid elongation metabolism (p < 0.001), tryptophan metabolism (p < 0.01), arginine and proline metabolism (p < 0.05) were significantly improved in R3 treatment. GO analysis suggested that R3 treatment mainly upregulated significantly transmembrane signaling receptor activity (p < 0.01), oxidoreductase activity (p < 0.05), and phosphorelay signal transduction (p < 0.05). Moreover, metatranscriptomic analyses also showed that R3 treatment could upregulate the LuxP extracellular receptor, LuxO transcriptional activator, LsrB periplasmic protein, and were beneficial to both FAB and RBO pathways. These findings provided a new insight into chain elongation in MES system.
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