靶向筛选功能菌群，解锁污废处理与生物制造的新引擎
凌恩生物合作客户—江南大学任聪团队在《Water Research》发表了题为“Constructing simplified microbial consortia that couple lactic acid and ethanol utilization to highly produce caproic acid from liquor-making wastewater”的研究论文中，为生物处理废水提供可行性。
研究背景
微生物群将废水中可生物降解的碳转化为中链脂肪酸（MCFA），如己酸是一个研究热点， 然而，天然产己酸微生物种类稀少，且传统复杂微生物群落存在启动周期长、产物选择性低等问题。针对中国白酒酿造废水富含乙醇和乳酸的特点，本研究采用"自上而下"策略，通过选择性富集和平板筛选，构建了简化的微生物群落，旨在实现乳酸和乙醇的高效协同转化，为酿酒废水的资源化利用提供新思路。
技术路线
实验设计：以坑泥样品为来源筛选降解乳酸和乙醇的菌株，将菌株混合后收集发酵液表征含量变化，接着通过一系列的发酵稳定性和废水验证实验，结合多组学技术，揭示菌群协同配合生产己酸的机制。
主要研究结果
1、菌群结构和发酵性能分析
三个菌群菌利用乳酸和乙醇生成己酸，相比之下，SimpCom3己酸产量最高，且基本无奇链脂肪酸。16s和宏基因组均表明C. kluyveri和C. tyrobutyricum是SimpCom3整个发酵过程中丰度较高的两个物种。
图1，2 菌群的发酵动力学和种水平的物种变化
2、己酸生产稳定性研究
连续发酵表明，乳酸和乙醇始终保持被高度利用，且己酸产率和选择性都保持较高的水平。接着对发酵过程中菌群表征，在每个发酵周期中，C. kluyveri和C. tyrobutyricum始终是最主要的两个物种，且Anaerotruncus sp.等也持续出现在每个发酵过程中，表明其潜在的相互作用。
图3 底物，代谢物和菌群的发酵周期变化
3、酿酒废水发酵验证
分批发酵和补料分批发酵实验均表明，C. kluyveri 有效地启动了己酸生产，且伴随着Muricomes intestini 和 Anaerotignum sp. 生长。非核心物种没有对SimpCom3将乳酸和乙醇转化为己酸的能力产生负面影响。相反，这些非核心物种可能在将废水中的其他营养物质转化为乙酸和丁酸的过程中发挥积极作用。
图4，5分批发酵，补料分批发酵代谢物和菌群动态
4、C. kluyveri与乳产丁酸菌之间相互作用可能有助于高效生产己酸
基于稀疏相关性的网络分析表明，C. kluyveri与C. butyricum和Muricomes intestini呈正相关，这可能与它依赖丁酸作为己酸合成的电子受体有关。重建C. tyrobutyricum，C. butyricum，C. kluyveri的代谢途径，表明C. tyrobutyricum和C. butyricum都能通过电子传递黄蛋白依赖的乳酸脱氢酶和EMP途径的后续酶将乳酸转化为乙酰-CoA，通过反向β氧化协同将乳酸和乙醇转化为己酸，且乳酸的脱羧抵消了乙醇驱动的己酸合成引起的酸化，从而实现了自我调节的pH值稳定性。
图6，7 优势类群间相关性网络和C. kluyveri与C. butyricum，C. tyrobutyricum代谢途径
研究结论
本研究通过结合高通量测序、GC-FID等技术手段研究SimpCom3协同利用乳酸和乙醇机制，发现其在无需在线pH控制及额外添加电子供体和受体的情况下，通过C. tyrobutyricum，C. butyricum，C. kluyveri间交叉喂养，在酿酒废水中稳定高效产己酸，为废水处理和生物炼制提供了一种可行且经济高效的方法。
凌恩. 生物以打造国内一流生物公司为目标，在科研测序领域深耕不辍，多组学联用，定制化数据分析，售前售后技术多对一专业解答，让您的高通量数据更快、更准、更具竞争力，助力您摘下国际主流期刊。
参考文献
Xiang J, Zhou Z, Liu Z, Ren C, Xu Y. Constructing simplified microbial consortia that couple lactic acid and ethanol utilization to highly produce caproic acid from liquor-making wastewater. Water Res. 2025 Jun 7;284:123973. doi: 10.1016/j.watres.2025.123973.
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135425008814?via%3Dihub