Enhanced Secretions of Algal Cell-Adhesion Molecules and Metal Ion-Binding Exoproteins Promote Self-Flocculation of Chlorella sp. Cultivated in Municipal Wastewater

絮凝作用 小球藻 废水 胞外聚合物 化学 细胞壁 藻类 水溶液中的金属离子 生物 生物膜 色谱法 化学工程 金属 环境工程 细菌 生物化学 植物 有机化学 遗传学 工程类
作者
Zhipeng Chen,Shuang Qiu,Ziwei Yu,Mengting Li,Shijian Ge
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:55 (17): 11916-11924 被引量:85
标识
DOI:10.1021/acs.est.1c01324
摘要

The mechanism of self-flocculation remains unclear, partially impeding its efficiency enhancement and commercial application of microalgae-based municipal wastewater (MW) bioremediation technology. This study revealed the contributions of exoproteins [PN, proteins in extracellular polymeric substances (EPS)] to the separation of indigenous microalgae from treated MW. Compared to the low light intensity group, the high light intensity (HL) group produced Chlorella sp. with 4.3-fold higher self-flocculation efficiencies (SE). This was attributed to the enriched biological functions and positional rearrangement of increased PN within 2.9-fold higher EPS. Specifically, a total of 75 PN was over-expressed in the HL group among the 129 PN identified through label-free proteomics. The algal cell-adhesion molecules (Algal-CAMs) and metal-ion-binding PN were demonstrated as two dominant contributors promoting cell adhesion and bridging, through function prediction based on the contained domains. The modeled 3D structure showed that Algal-CAMs presented less hydrophilic α-helix abundance and were distributed in the outermost position of the EPS matrix, further facilitating microalgal separation. Moreover, the 10.1% lower hydrophily degree value, negative interfacial free energy (-19.5 mJ/m2), and 6.8-fold lower energy barrier between cells also supported the observed higher SE. This finding is expected to further fill the knowledge gap of the role of PN in microalgal self-flocculation and promote the development of biomass recovery from the microalgae-wastewater system.
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