旋转式藻类生物膜反应器在放大生产过程中能够保持核心微生物群落的稳定性

《Journal of Biological Engineering》：Rotating algal biofilm reactors retain core microbial communities during scale-up

本研究探讨旋转藻类生物膜反应器（RABRs）在规模扩展时微生物群落结构的变化。通过16S和23S rRNA测序发现，细菌和光养生物群落保持稳定，而真核生物群落受操作环境和户外因素影响显著。该结果为RABRs的规模化设计和工艺评估提供了依据。

　　

摘要

背景

微藻-细菌生物膜反应器是传统废水处理方法的一种有前景的替代方案，因为它们可以同时去除氮和磷，并产生可收获的生物质。旋转藻类生物膜反应器（RABRs）通过在与废水和空气交替接触的旋转表面上培养附着的微藻-细菌生物膜来实现这一目标，这有助于提高养分吸收效率并简化生物质收获过程。然而，要成功应用于实际场景，需要确保实验室规模下的生物性能能够在更大系统中得到体现。目前很少有研究探讨在放大过程中微生物群落结构是否能够保持不变。在这里，我们以RABRs为例，测试了当所有系统都使用相同的滴滤器生物膜接种物进行启动时，生物膜群落组成在放大过程中是否能够得到保持。

结果

在不同规模下，16S基因组序列分析一致显示变形菌门和拟杆菌门占据主导地位，表明核心细菌群落得到了保留。光合微生物群落（23S基因组序列分析）也表现出相似的稳定性，其中绿藻门和蓝细菌门在各个系统中均占主导地位。相比之下，18S基因组序列分析显示出更大的变异性：滴滤器系统中以后鞭毛生物为主，而中试规模系统则显著富集了肺泡虫门微生物。α多样性分析表明，实验室规模的反应器支持的微生物群落结构比滴滤器和中试系统更为简单。

结论

当使用具有稳定组成的滴滤器接种物启动RABRs时，放大过程中主要细菌类群和光合微生物类群得到了保留；而真核微生物群落对操作环境和室外条件的敏感性更高。这些发现表明，接种物来源分析和微生物群落谱分析是用于可扩展RABR设计和过程评估的实用工具。