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厌氧氨氧化:一个关于时间和耐性的故事

在1986年之前,人们都不相信有可在厌氧情况下“氧化”氨氮的细菌。一个荷兰生物工程师和一个微生物传授的偶遇改变了一切。到了1999年7月,这位微生物学家连同其他几位学者,在《Nature》期刊上公布了一个重大发明:“厌氧氨氧化”菌属于浮霉菌门。在日后关于anammox的文章里,这小我私家的名字会被重复引用,他的名字叫Gijs Kuenen。

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Gijs Kuenen传授 | 图源: Michel Mees

假如你不知道Gijs Kuenen是谁的话,那说明你对厌氧氨氧化的汗青还知之甚少。假如说谁最有资格为厌氧氨氧化作传,那大概长短Gijs Kuenen传授莫属。幸运的是,Kuenen传授最近还真的将已往40年厌氧氨氧化史好好地梳理了一遍,并颁发在2020年第二期的《Environmental Microbiology》上,题为《Anammox and Beyond》。本日在本期微信推送里,我们为各人整理一下关于厌氧氨氧化的那些事。

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从硫细菌说起

1940年12月9日,Gijs Kuenen出生于荷兰阿姆斯特丹西边的小城Heemstede。1972年,雷速体育,Kuenen传授在格罗宁根大学得到微生物学博士学位。结业后他在美国洛杉矶和荷兰格罗宁根辗转了几年,随后在1980年来到代尔夫特,成为了荷兰代尔夫特理工大学TU Delft的第四任微生物传授。前三人都是代尔夫特理工的传奇人物,包罗Martinus Beijerinck、Albert Kluyver和Cornelis van Niel。

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Kuenen传授说,每次追念,都让他愈发感受微生物界各类人和事之间奇妙的接洽。他说关于anammox的故事可以从他在格罗宁根大学读本科的时候说起。其时这门课的讲课老师是Hans Veldkamp传授(1923-2002),Veldkamp的导师则是Albert Kluyer (圈子的传承)。在为期六周的微生物课里,他学会了如何对多种微生物和代谢范例举办富集造就,而这种要领正是TU Delft首任微生物传授Martinus Beijerinck发现的。厥后Veldkamp传授则成为了Kuenen传授博士学位的导师。他的博士论文是关于两种硫氧化菌(SOB)的较量。在从此很长的一段时间里,他的研究都是环绕SOB展开的。在1980年他回到Delft之后,他开始寻求SOB在家产上的应用。巧合的是,其时荷兰瓦赫宁根大学的Gatze Lettinga传授正在研究污水的厌氧处理惩罚技能。两位传授连系当地一家叫Paques的小公司,乐成地开拓了生物脱硫工艺,去除污水中的硫化氢,并接纳单质硫。Paques公司厥后也将这项工艺技能贸易化,取名THIOPAQ。取名者正是Kuenen和Lettinga连系造就的博士生Cees Buisman,厥后他也成为了瓦大情况系的传授。关于硫细菌更多的故事,各人可以回看IWA微信公家号此前的推送文章《 生物脱硫技能的前世此生 》

在大学当传授之余,其时Kuenen每周会抽几小时给一家叫Gist-Brocades (GB)的生物公司当咨询参谋。1987年,GB公司请他为公司一套新的污水厌氧处理惩罚系统的硫轮回做技能指导。这套系统原来是要用来办理工场发生的臭气问题的。但在此期间,GB公司的运行人员却发明系统中一个奇怪现象——中试运行数月后,反硝化回响池的氨氮浓度下降了,硝酸盐也淘汰了,尚有明明的氮气产出。“书里不是说氨氮只能在好氧条件才会转化吗?反硝化池的氨氮浓度应该保持稳定才对啊?”时任GB公司研究员的Arnold Mulder 对此十分不解。他通过率领找到了 Kuenen传授举办咨询。

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图:1984年的Gist Brocades 青霉素制药厂 | 图源: ANP

Mulder先生的发明唤起了Kuenen传授尘封了10年的影象,他汇报Mulder:“我10年前就看过一篇paper报道过这个现象。” Kuenen传授指的是1977年67岁的奥地利理论化学家Engelbert Broda写的题为《Two kinds of lithotrophs missing in Nature》(德语原题《Zeitschrift für allgemeine Mikrobiologie》)的文章。此文在其时学术圈可谓一声惊雷。其时37岁的Kuenen也拜读了这篇文章,并和同事们展开接头,但他们多半认为氨是不行能在厌氧条件下被氧化的。

两人开始了进一步的研究。很有贸易意识的Arnold很快给这个潜在工艺起了一个朗朗上口的名字—— ANAMMOX(厌氧氨氧化。然而,他们初期的实验并不算乐成:他无法通过传统的造就富集法提取出这个回响产生的微生物,因此无法确定这是一个自发的化学回响,照旧一个生物回响。

Kuenen此时又想起了奥地利人Broda的文章里列出的两条热力学方程式:

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