膜曝气生物膜中原生生物捕食产生独特的空隙层
摘要
膜曝气生物膜反应器(MABR)是一种基于供氧膜的新型污水处理技术。氧和电子供体在单克隆抗体中的反向扩散导致独特的行为，我们假设它也可能影响捕食。我们使用光学相干层析、微传感器分析和数学模型来研究膜曝气生物膜中的捕食作用。当原生动物被排除在接种物之外时，MAB光学相干断层扫描可观察到的空隙率约为5%。当包括原生动物时，空隙率增长到近50%，生物膜底部有大而连续的空隙。实时光学相干断层成像显示空隙中有高度活动的原生动物。具有原生动物和高体积化学需氧量(270毫克/升)的单克隆抗体只有4%的空隙率。脱氧核糖核酸测序显示在高和低化学需氧量单克隆抗体中阿米巴的相对丰度都很高。Fla-gellates只在低化学需氧量的MAB丰富。模型还表明了底物浓度、扩散模式(共扩散或反扩散)和生物膜空隙率之间的关系。结果表明变形虫在生物膜内部增殖，尤其是在好氧区。一旦单克隆抗体底部的化学需氧量限制允许捕食率超过微生物生长率，就会形成空隙。一旦形成，空隙为活动的原生动物提供了一个生态位，原生动物将空隙扩展成一个大的、连续的间隙。这增加了生物膜脱落的可能性，并可能对缓慢生长的需氧微生物如硝化细菌产生有害影响。
关键词
MABR，生物膜，原生生物，捕获，空隙，孔隙度
1.介绍
膜曝气生物膜反应器是一种基于空气或供氧膜的新型废水处理技术。膜直接向生长在膜外表面的生物膜输送氧气，实现高达100%的氧气传输效率。近年来，对单克隆抗体的兴趣显著增加。部分原因是推出了几个MABR商业应用程序。为了开发有效的MABR应用，由于曝气生物膜电子供体和受体的反扩散，需要对MABR生物膜的行为有一个基本的了解。例如，驾驶室在生物膜外部具有最高的溶解氧和化学需氧量浓度(图1a)。因此，它们的最高代谢活性在生物膜外部。相比之下，在单克隆抗体中，溶解氧从生物膜的底部渗透出来，因此生物膜中的任何地方都可能有最高的活性(图1b)。这可能导致生物膜微生物群落、形态和活性的差异。
我们的研究是受异养单克隆抗体底部大空隙的观察推动的，这些空隙与大体积液体完全分离。在类似条件下生长的CAb中没有这些空隙。几天后，空洞出现，并迅速扩大，沿单克隆抗体的底部形成近乎连续的间隙。以前没有研究报告过类似的现象。在本文中，我们将生物膜“空隙”称为与大体积液体缺乏连接的空生物膜空间。我们避免使用“多孔性”一词，因为它的使用通常包括与散装液体相连的空间。
我们假设单克隆抗体中空洞的形成是由于本研究探索单克隆抗体中的空洞形成。研究策略是研究混合培养的异养单克隆抗体，其体积化学需氧量低，从而在生物膜的底部出现化学需氧量限制。对照包括接种无原生动物的MAB、高体积化学需氧量的MAB和低体积化学需氧量的化学需氧量实验室。研究包括用光学相干断层扫描(OCT)进行生物膜成像、用溶解氧微传感器进行剖面分析和脱氧核糖核酸序列分析。此外，数学模型被用来定性地解释孔隙形成的机制。
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