近日，《Nature Water》在線(xiàn)發(fā)表了“Mesospace domain orchestrates microbial consortia by β-barrel porin modulation and local molecule enrichment for wastewater treatment”，我院劉超老師為唯一第一作者，陳銀廣教授為唯一通訊作者。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上海市啟明星計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
微生物組通過(guò)細(xì)胞間的代謝物交換驅(qū)動(dòng)種間互作與物質(zhì)能量循環(huán)，在可持續(xù)水處理領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。然而，代謝小分子的跨膜傳輸能壘與其在胞外的快速逸散，是限制微生物組內(nèi)跨物種高效協(xié)作的關(guān)鍵瓶頸。該論文提出了“介觀空間域”的調(diào)控理念與方法，通過(guò)離子交換-螯合作用構(gòu)筑的水凝膠微腔平臺(tái)，精準(zhǔn)調(diào)控了微生物β-barrel膜孔蛋白功能和關(guān)鍵互作小分子的胞外局域富集，將菌群內(nèi)傳統(tǒng)的單向電子傳遞模式重塑為高階的雙向多代謝物交叉喂養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)生物轉(zhuǎn)化過(guò)程的選擇性強(qiáng)化與整體催化反應(yīng)效率提升，顯著增強(qiáng)了廢/污水處理效能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了資源高效回收與低碳化。
這一介觀調(diào)控策略展現(xiàn)出廣泛的適用性，可在多種水處理場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)效能躍升：包括高濃度有機(jī)廢水定向合成高價(jià)值羧酸、低碳氮比污/廢水高效脫氮與溫室氣體減排、難降解新興污染物高效生物去除等。該研究構(gòu)建了“介觀物理空間-微觀代謝網(wǎng)絡(luò)-宏觀處理效能”聯(lián)動(dòng)的理論與方法體系，為微生物學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、材料學(xué)等領(lǐng)域的深度交叉融合提供了新思路，也為面向綠色循環(huán)可持續(xù)的水系統(tǒng)管理提供了新路徑。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s44221-025-00579-5
