The algal-bacterial synergistic effect in algal-bacterial granular sludge (ABGS) made its nitrogen metabolism mechanism different from that of aerobic granular sludge (AGS). In this study, the effects of algae on granules characteristics, SND process and community structure in ABGS were studied by treating wastewater with different C/N (13:1-20:1) ratios. The results showed that ABGS and AGS had excellent nitrogen removal capacity of 86% and 91%, respectively, and SND efficiency was above 90%. ABGS granules were looser due to the phototaxis of algae, and the oxygen penetration depth was higher than that of AGS. The NH4+-N removal efficiency of AGS was higher than that of ABGS, but the SND efficiency of ABGS was better than that of AGS. In ABGS, photosynthesis provided organic carbon for denitrification in anaerobic period, and organic carbon might be more important than strict anaerobic environment. In aerobic period, The SND process in ABGS was mainly heterotrophic nitrification aerobic denitrification (HAND), while in AGS was conventional simultaneous nitrification denitrification (CSND). The results of this study would provide a theoretical foundation for further understanding the difference between ABGS and AGS nitrogen removal mechanisms and help to further expand the application of ABGS in practical engineering.

Abstract Aims Cytidine, as an important commercial precursor in the chemical synthesis of antiviral and antitumor drugs, is in great demand in the market. Therefore, the purpose of this study is to build a microbial cell factory with high cytidine production. Methods and results A mutant E. coli NXBG-11-F34 with high tolerance to uridine monophosphate structural analogs and good genetic stability was obtained by atmospheric room temperature plasma (ARTP) mutagenesis combined with high-throughput screening. Then, the udk and rihA genes involved in cytidine catabolism were knocked out by CRISPR/Cas9 gene editing technology, and the recombinant strain E. coli NXBG-13 was constructed. The titer, yield, and productivity of cytidine fermented in a 5 l bioreactor were 15.7 g l−1, 0.164 g g−1, and 0.327 g l−1 h−1, respectively. Transcriptome analysis of the original strain and the recombinant strain E. coli NXBG-13 showed that the gene expression profiles of the two strains changed significantly, and the cytidine de novo pathway gene of the recombinant strain was up-regulated significantly. Conclusions ARTP mutagenesis combined with metabolic engineering is an effective method to construct cytidine-producing strains.

ABSTRACT Platinum-based chemotherapy failure represents a significant challenge in the management of ovarian cancer (OC) and contributes to disease recurrence and poor prognosis. Recent studies have shed light on the involvement of the gut microbiota in modulating anticancer treatments. However, the precise underlying mechanisms, by which gut microbiota regulates the response to platinum-based therapy, remain unclear. Here, we investigated the role of gut microbiota on the anticancer response of cisplatin and its underlying mechanisms. Our results demonstrate a substantial improvement in the anticancer efficacy of cisplatin following antibiotic-induced perturbation of the gut microbiota in OC-bearing mice. 16S rRNA sequencing showed a pronounced alteration in the composition of the gut microbiome in the cecum contents following exposure to cisplatin. Through metabolomic analysis, we identified distinct metabolic profiles in the antibiotic-treated group, with a notable enrichment of the gut-derived metabolite 3-methylxanthine in antibiotic-treated mice. Next, we employed a strategy combining transcriptome analysis and chemical–protein interaction network databases. We identified metabolites that shared structural similarity with 3-methylxanthine, which interacted with genes enriched in cancer-related pathways. It is identified that 3-methylxanthinesignificantly enhances the effectiveness of cisplatin by promoting apoptosis both in vivo and in vitro . Importantly, through integrative multiomics analyses, we elucidated the mechanistic basis of this enhanced apoptosis, revealing a dopamine receptor D1-dependent pathway mediated by 3-methylxanthine. This study elucidated the mechanism by which gut-derived metabolite 3-methylxanthine mediated cisplatin-induced apoptosis. Our findings highlight the potential translational significance of 3-methylxanthine as a promising adjuvant in conjunction with cisplatin, aiming to improve treatment outcomes for OC patients. IMPORTANCE The precise correlation between the gut microbiota and the anticancer effect of cisplatin in OC remains inadequately understood. Our investigation has revealed that manipulation of the gut microbiota via the administration of antibiotics amplifies the efficacy of cisplatin through the facilitation of apoptosis in OC-bearing mice. Metabolomic analysis has demonstrated that the cecum content from antibiotic-treated mice exhibits an increase in the levels of 3-methylxanthine, which has been shown to potentially enhance the therapeutic effectiveness of cisplatin by an integrated multiomic analysis. This enhancement appears to be attributable to the promotion of cisplatin-induced apoptosis, with 3-methylxanthine potentially exerting its influence via the dopamine receptor D1-dependent pathway. These findings significantly contribute to our comprehension of the impact of the gut microbiota on the anticancer therapy in OC. Notably, the involvement of 3-methylxanthine suggests its prospective utility as a supplementary component for augmenting treatment outcomes in patients afflicted with ovarian cancer.