近日，实验室学术带头人李云开教授团队在《水研究》（Water Research）在线发表了题为《通过变性胞外蛋白的生物污垢控制策略：来自再生水输配系统的实证案例》（Biofouling Control Strategy through Denatured Extracellular Proteins: An Empirical Evidence from Reclaimed Water Distribution Systems）的研究论文。研究创新性地提出了一种通过胞外蛋白变性的农业灌溉管网生物污垢控制新策略，并以典型农业再生水输配系统为研究对象，巧妙利用兼具肥料功能和蛋白变性特性的尿素作为控制剂，系统揭示了尿素介导下生物污垢中蛋白变性行为及其调控机理。

利用再生水回灌农田能够很大程度上缓解全球水资源供需矛盾问题，因为目前世界上约70%的水被用于农业灌溉。然而，再生水中的各种微生物和悬浮颗粒物极易导致生物污垢出现在再生水输配系统内，阻碍系统水力性能（堵塞管道，滤网，出水口），腐蚀设备，提高系统能耗等。以前的生物污垢控制策略主要集中在去除颗粒和微生物上，往往忽视了胞外聚合物（EPS）的关键作用，尤其是作为EPS核心组分的胞外蛋白。尿素是农业生产中应用最广泛的氮肥，也是一种典型蛋白质变性剂，能够促使蛋白结构发生变化的同时削弱或使其丧失功能性。因此，使用尿素有望成为一种高效的再生水输配系统生物污垢控制策略（图1）。

图1 图文摘要

结果表明，尿素显著减缓了再生水输配系统中的生物污垢积累（图1），系统运行900h时污垢含量较对照组减少16.4-49.4%，系统流量提高6.8-15.7%。蛋白质、多糖和微生物之间存在明显的协同作用。尿素去除生物污垢的机理是：(1)破坏蛋白质内部α-螺旋和β-折叠结构，使TB_EPS转化为LB_EPS，加速管道内污垢的脱离。(2)下调生物膜形成信号分子前体蛋白表达，抑制污垢的形成（图2）。此外，尿素通过影响蛋白质信号分子还抑制微生物生长和多糖代谢，从而削弱微生物共生模式。研究证实，通过变性胞外蛋白控制生物污垢是一种可行且有效的方法。研究旨在引入一种实用、经济、绿色的替代方案，并为不同领域生物污垢的绿色、高效和可持续控制提供参考思路。

图2 尿素介导的胞外蛋白变性行为及生物污垢调控机制

实验室副主任李云开教授团队博士研究生沈岩为文章的第一作者，李云开教授为通讯作者。这是该团队关于农业灌溉管网污垢控制的第三篇在《Water Research》上发表的研究论文，前两篇研究成果论文评估了水质活化技术单独及联合使用对农业灌溉管网污垢控制的有效性，探讨了污垢内部微生物群落-颗粒/化学沉淀-有机质的耦合互促行为。

实验室学术骨干谢恩副教授，博士后肖洋，团队博士生匡乃昆，赫罗纳大学Jaume Puig-Bargués教授等参加了相关工作，该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://authors.elsevier.com/a/1kr1T9pi-hqFc