论文标题：Unveiling the Mechanism Underlying the Effects of Ammonia on n-Caproate Production: Influenced Pathways, Key Enzymes, and Microbiota Functions

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.08.018

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哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室郭婉茜教授团队在《Engineering》发表了题为“Unveiling the Mechanism Underlying the Effects of Ammonia on n-Caproate Production: Influenced Pathways, Key Enzymes, and Microbiota Functions”的研究论文，系统解析了氨浓度对利用废弃生物质生产正己酸过程的影响规律及作用机制，为优化中链脂肪酸生物合成工艺提供了重要科学依据。

正己酸作为重要的中链脂肪酸（MCFAs），在医药、燃料、化工等领域具有广泛应用前景，其通过链延长（CE）技术利用废弃生物质生产的路径备受关注。然而，富氮废弃物降解产生的氨对厌氧生物过程存在双重作用：低浓度时可作为营养物质，高浓度时则会抑制微生物活性。当前，以乙醇为电子供体的开放培养体系中，氨对正己酸生产的最佳浓度、毒性阈值及作用机制尚不明确。

为此，科研团队首先研究当乙醇作为电子供体时，不同的氨浓度对开放培养正己酸生产的影响；其次，揭示氨对正己酸生产影响的内在机制。这项全面的研究涵盖四个不同的维度：①确定负责诱导抑制行为的氨的形式；②揭示氨如何影响CE的两个关键阶段[即乙醇氧化和逆β-氧化（RBO）]，以及相应的关键酶活性；③确定微生物群落对不同氨浓度的响应；④阐明氨对微生物群功能的影响。

该研究评估了氨对开放培养体系中以乙醇作为电子供体生产正己酸的影响，并全面阐明了其潜在机制。研究结果表明，随着氨浓度从0.1 g/L升至2 g/L，正己酸产率和选择性逐渐提高。然而，当氨水平超过2 g/L阈值时，正己酸的产生受到显著抑制。因此，确定最佳氨浓度和抑制阈值为2 g/L。当超过抑制阈值时，FA和NH₄⁺均会导致抑制作用。有趣的是，虽然乙醇氧化基本上不受影响，但过量的氨促进了竞争性过度乙醇氧化（EEO）反应，同时抑制了RBO途径。这些反应中关键酶活性的变化支撑了这一结论。此外，氨显著影响微生物群落和功能。更多的耐氨CE相关细菌被富集，并且在最佳氨浓度下，RBO、FAS、K⁺外排、ATP酶代谢和金属阳离子输出等功能基因上调。相反，过量的氨导致CE功能菌逐渐消失。同时，过量的氨显著抑制了涉及氨解毒和正己酸合成的主要功能。因此，控制正己酸生产反应器中的氨浓度至关重要。

该研究成果不仅深化了对厌氧生物过程中氨作用机制的认识，也为中链脂肪酸的工业化生产提供了重要技术参考，助力实现废弃生物质的高值化利用。

文章信息：

Unveiling the Mechanism Underlying the Effects of Ammonia on n-Caproate Production: Influenced Pathways, Key Enzymes, and Microbiota Functions

揭示氨对正己酸生产影响的机制——影响途径、关键酶和微生物

作者：

吴清莲, 袁珂鑫, 任韦同, 邓琳, 王华哲, 冯骁驰, 郑禾山, 任南琪, 郭婉茜*

引用：

Qing-Lian Wu, Ke-Xin Yuan, Wei-Tong Ren, Lin Deng, Hua-Zhe Wang, Xiao-Chi Feng, He-Shan Zheng, Nan-Qi Ren, Wan-Qian Guo. Unveiling the Mechanism Underlying the Effects of Ammonia on n-Caproate Production: Influenced Pathways, Key Enzymes, and Microbiota Functions. Engineering, 2024, 35(4): 180–190. doi: 10.1016/j.eng.2023.08.018

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