Biofilms are widespread in natural and engineering environments and are being increasingly used for pollutant treatment. However, low temperature is one of the major challenges in practice. Here, we developed an alternative strategy to enhance biofilm formation and biofilter startup at 15 °C by supplementing with spermidine, an essential substance for cell growth. A significantly increased biofilm biomass was observed in the treatment group (with spermidine), accompanied by a higher live cell ratio and biofilm matrix excretion as compared with the control (without spermidine). The bacterial communication ability, including quorum sensing and the second messenger system, was found to be enhanced in the treatment group. The bacterial secretion system and quorum sensing pathway were also significantly enriched in differential genes, and most of these genes were up-regulated in the treatment group. Robustness and null model analysis revealed that spermidine bolstered microbial community stability and mitigated the dispersal limitation process, which would be conducive to biofilm development. The application of spermidine in biofilters enhanced the biomass accumulation rate and performance. Overall, our results highlighted the importance of the microbial community on biofilm formation regulation and provided a feasible strategy for the enhancement of biofilm formation in low-temperature environments.

ABSTRACT Microbial community adaptability to pH stress plays a crucial role in biofilm formation. This study aims to investigate the regulatory mechanisms of exogenous putrescine on pH stress, as well as enhance understanding and application for the technical measures and molecular mechanisms of biofilm regulation. Findings demonstrated that exogenous putrescine acted as a switch-like distributor affecting microorganism pH stress, thus promoting biofilm formation under acid conditions while inhibiting it under alkaline conditions. As pH decreases, the protonation degree of putrescine increases, making putrescine more readily adsorbed. Protonated exogenous putrescine could increase cell membrane permeability, facilitating its entry into the cell. Subsequently, putrescine consumed intracellular H + by enhancing the glutamate-based acid resistance strategy and the γ-aminobutyric acid metabolic pathway to reduce acid stress on cells. Furthermore, putrescine stimulated ATPase expression, allowing for better utilization of energy in H + transmembrane transport and enhancing oxidative phosphorylation activity. However, putrescine protonation was limited under alkaline conditions, and the intracellular H + consumption further exacerbated alkali stress and inhibits cellular metabolic activity. Exogenous putrescine promoted the proportion of fungi and acidophilic bacteria under acidic stress and alkaliphilic bacteria under alkali stress while having a limited impact on fungi in alkaline biofilms. Increasing Bdellovibrio under alkali conditions with putrescine further aggravated the biofilm decomposition. This research shed light on the unclear relationship between exogenous putrescine, environmental pH, and pH stress adaptability of biofilm. By judiciously employing putrescine, biofilm formation could be controlled to meet the needs of engineering applications with different characteristics. IMPORTANCE The objective of this study is to unravel the regulatory mechanism by which exogenous putrescine influences biofilm pH stress adaptability and understand the role of environmental pH in this intricate process. Our findings revealed that exogenous putrescine functioned as a switch-like distributor affecting the pH stress adaptability of biofilm-based activated sludge, which promoted energy utilization for growth and reproduction processes under acidic conditions while limiting biofilm development to conserve energy under alkaline conditions. This study not only clarified the previously ambiguous relationship between exogenous putrescine, environmental pH, and biofilm pH stress adaptability but also offered fresh insights into enhancing biofilm stability within extreme environments. Through the modulation of energy utilization, exerting control over biofilm growth and achieving more effective engineering goals could be possible.

Abstract Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is the most predominant type of idiopathic interstitial pneumonia and has an increasing incidence, poor prognosis, and unclear pathogenesis. In order to investigate the molecular mechanisms underlying IPF further, we performed single-cell RNA sequencing analysis on three healthy controls and five IPF lung tissue samples. The results revealed a significant shift in epithelial cells (ECs) phenotypes in IPF, which may be attributed to the differentiation of alveolar type 2 cells to basal cells. In addition, several previously unrecognized basal cell subtypes were preliminarily identified, including extracellular matrix basal cells, which were increased in the IPF group. We identified a special population of fibroblasts that highly expressed extracellular matrix-related genes, POSTN, CTHRC1, COL3A1, COL5A2 , and COL12A1 . We propose that the close interaction between ECs and fibroblasts through ligand–receptor pairs may have a critical function in IPF development. Collectively, these outcomes provide innovative perspectives on the complexity and diversity of basal cells and fibroblasts in IPF and contribute to the understanding of possible mechanisms in pathological lung fibrosis.

Abstract The Cenozoic kinematic evolution of the northern Tibetan Plateau resulted in the growth of the Eastern Kunlun Range, Qaidam Basin, and Qilian Shan. The widely developed lithium‐brine hosted within the southwestern Qaidam Basin make the basin one of the most promising regions for brines mineralization across the plateau. Better understanding the Cenozoic deformation and basin‐range interaction of the southwestern Qaidam Basin are significant in deciphering the kinematic evolution of the northern Tibetan Plateau and model of lithium brines formation. Despite decades of studies, the initiation timing, kinematics, and pattern of Cenozoic deformation across the northern Tibetan Plateau, and its role in impacting the Cenozoic deep‐brine mineralization, are poorly constrained. In this study, we conducted field observations, apatite fission track analysis, and synthesis of published data in the southwestern Qaidam Basin to improve our understanding of the Cenozoic intra‐plate deformation. Our results indicate that the northern Tibetan Plateau has experienced multi‐stage out‐of‐sequence development, which involved Late Cretaceous extension, Eocene‐Oligocene contraction and growth strata development, and accelerated mid‐Miocene exhumation. The southwestern Qaidam Basin experienced lacustrine deposition at the Oligocene time, and switched to a fluvial environment since Miocene. With this kinematic and sedimentary model, we provide new constraints on tectonic setting of Cenozoic deep‐brine mineralization in the southwestern Qaidam Basin. Synchronous range growth surrounding the basin formed an internally drained sedimentary environment since the Oligocene, which was optimal for deep‐brine mineralization associated with Oligocene‐Miocene volcanism in the Hoh Xil Basin to the south.

To date, a growing body of evidence suggests that unfolded protein response (UPR) sensors play a vital role in carcinogenesis. However, it remains unclear whether they are involved in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) and how they relate to clinical outcomes. This study aims to investigate the biological function and mechanism of how a novel UPR sensor, CREB3L1 works in PDAC and further evaluate its clinical application prospect. We tested UPR signaling including CREB3L1 in Thapsigargin-treated PDAC cells. Subsequently, we defined CREB3L1 expression and further analyzed its expression with clinical characteristics in PDAC. Then, we established gene-modified cells to determine whether CREB3L1 functions in cell proliferation and migration capacity. Besides, we constructed subcutaneously and orthotopically transplanted mice models to verify their progrowing function and pulmonary metastasis models to prove their proinvasion role. What's more, RNAseq, qPCR, Western blotting, immunohistochemistry and multicolor flow cytometry experiments were used to explore the mechanism of how CREB3L1 worked in PDAC. Lastly, CREB3L1 expression correlation with PDAC immunotherapy outcome and immune cell signatures were explored in the patients with advanced PDAC who received PD-1 antibody therapy. We first confirmed CREB3L1 could be induced by endoplasmic reticulum stressor and found its aberrant activation was associated with poorer overall survival in PDAC patients indicating the protumor function of the new UPR sensor. Functionally, we confirmed CREB3L1 contributing to PDAC malignant progression including growth and metastasis by multiple in in vitro and in vivo models. Mechanistically, CREB3L1 upregulated COL3A1 and promoted dense stroma formation for facilitating PDAC and knocking down COL3A1 disrupted CREB3L1 protumor function. Furthermore, CREB3L1-induced TAM polarization toward an M2 phenotype and reduced the infiltration of CD8+ T cells. Clinically, CREB3L1 correlated with immune cell signatures as well as immune checkpoint blockade (ICB) treatment response and outcome that CREB3L1aberrant activation indicated poorer efficacy and worse prognosis than the low in PDAC which might empower clinical decision. Collectively, this study revealed CREB3L1 facilitated PDAC progression, shaped an immune exclude tumor microenvironment and distinguished therapy response and outcome of ICB therapy indicating CREB3L1 could be a promising novel molecular target and biomarker for PDAC treatment.