Quorum sensing for carbon-neutral wastewater treatment: Mechanisms, challenges, technological pathways, and future prospects

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Researchers in microbial ecology and wastewater engineering can explore QS mechanisms for GHG mitigation and energy optimization.

🏢実務担当者:Water utility engineers may consider QS-based strategies to improve plant efficiency and reduce carbon footprint.

🏛政策担当者:Policymakers could support R&D in biological emission control technologies to meet climate commitments in the water sector.

世界的な気候目標は、廃水管理を含むすべての産業部門におけるカーボンニュートラルへの急速な移行を要求している。廃水処理プラントは歴史的にエネルギー集約型であり、強力な温室効果ガス、主に亜酸化窒素（N 2 O）とメタン（CH 4 ）の重大な発生源であり続けている。近年の生物学的介入は、生物学的処理効率を最適化するために、クオラムセンシング（QS）—遺伝子発現と群集行動を調節する微生物のコミュニケーション機構—を標的としている。しかし、同時的な温室効果ガス削減とエネルギー回収に対するQSの効果は、状況に強く依存し、時には逆説的であり、その影響は未だ十分に解明されていない。ここでは、最近の進展を統合し、QSが廃水生態系における直接排出とエネルギー消費の両方のマスター生物学的調節因子として機能することを示す。証拠は、QSが濃度およびシグナル依存経路を通じてN 2 O生成を明確に調節し、CH 4 の放出を積極的に抑制し、好気性造粒を強化して曝気エネルギー需要を削減することを示している。さらに、嫌気性消化における標的を絞ったQSの展開は、直接種間電子伝達を加速し、運転エネルギーの使用を相殺するためのメタン回収を大幅に増強する。これらの知見は、微生物の社会的ネットワークを操作することが、排出削減とエネルギー最適化のバランスを取るための、複雑ではあるが実行可能な生物学的レバーを提供することを明らかにしている。最終的には、QSシステムの精密制御は、炭素ポジティブな廃水インフラを達成するための変革的な技術経路を提供する。 • クオラムセンシングは、廃水施設における温室効果ガス排出とエネルギー需要を左右する。 • シグナル分子は、N 2 OおよびCH 4 排出に対して、状況に強く依存する二重制御を及ぼす。 • 微生物ネットワークの調節は、汚泥造粒の強化を通じてエネルギー消費を削減する。 • 指向性クオラムセンシングは、種間電子伝達を促進することによりメタン回収を増強する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Global climate targets demand a rapid transition to carbon neutrality across all industrial sectors, including wastewater management. Wastewater treatment plants are historically energy-intensive and remain significant sources of potent greenhouse gases, primarily nitrous oxide (N 2 O) and methane (CH 4 ). Recent biological interventions have targeted quorum sensing (QS)—a microbial communication mechanism regulating gene expression and community behavior—to optimize biological treatment efficiency. However, the highly context-dependent and sometimes paradoxical effects of QS on simultaneous greenhouse gas mitigation and energy recovery remain poorly resolved. Here we synthesize recent advancements to show that QS operates as a master biological regulator of both direct emissions and energy consumption in wastewater ecosystems. Evidence indicates that QS distinctly modulates N 2 O production through concentration- and signal-dependent pathways, while actively suppressing CH 4 escape and enhancing aerobic granulation to cut aeration energy demands. Furthermore, targeted QS deployment in anaerobic digestion accelerates direct interspecies electron transfer, substantially boosting methane recovery to offset operational energy use. These insights reveal that manipulating microbial social networks presents a viable, albeit complex, biological lever for balancing emission reductions with energy optimization. Ultimately, precision control of QS systems offers a transformative technological pathway for achieving carbon-positive wastewater infrastructure. • Quorum sensing dictates greenhouse gas emissions and energy demands in wastewater facilities. • Signaling molecules exert highly context-dependent dual control over N 2 O and CH 4 emissions. • Modulating microbial networks reduces energy consumption via enhanced sludge granulation. • Directed quorum sensing boosts methane recovery by facilitating interspecies electron transfer.

• openalex https://doi.org/10.1016/j.ese.2026.100701first seen 2026-05-15 17:18:44 · last seen 2026-06-08 04:57:09