清洁的饮用水对人类生存至关重要，尤其是其微生物安全性（Bai等人，2015；Hayes和Gagnon，2024）。饮用水分配系统（DWDS）中的生物膜存在重大风险，因为它们藏有机会性病原微生物（如 军团菌、铜绿假单胞菌、鸟分枝杆菌），这些微生物可能随着脱落的生物膜释放到水中，导致微生物危害（Shen等人，2017；Waak等人，2019）。此外，生物膜还会加速消毒剂的消耗并促进管道腐蚀，进一步降低微生物抑制作用（Aggarwal等人，2018；Zheng等人，2024）。因此，控制DWDS中的生物膜形成对于确保饮用水的生物安全性至关重要。
氯胺作为一种氧化剂，是控制DWDS中生物膜形成的有效策略（Zheng等人，2023）。然而，氯胺的形成和分解不可避免地会导致氨的释放（Zheng等人，2023）。释放的氨作为生长底物，促进了氨氧化细菌（AOB）的硝化作用和增殖（Regan等人，2003）。在DWDS的水体、生物膜和沉积物样本中广泛检测到了AOB的存在（Cunliffe，1991；Zheng等人，2024）。越来越多的研究表明，AOB的存在伴随着异养细菌的生长（Cunliffe，1991；Miao和Bai，2021；Zheng等人，2023）。这一观察尤为重要，因为DWDS通常处于贫营养状态，这对异养细菌的再生通常不利（Cowle等人，2019）。尽管如此，生物膜在这些系统中仍然普遍存在（Liu等人，2016；Zheng等人，2023）。随着研究的深入，发现AOB产生的代谢产物和细胞残余物可以作为异养细菌的可利用底物（Okabe等人，2005；Yang等人，2008）。此外，作为化能自养菌，AOB能够将二氧化碳固定为细胞生物质，从而克服碳限制（Zhang等人，2009）。在残留消毒剂较低或不存在的管道中，碳限制是维持生物稳定性的主要机制。AOB的存在可能挑战了“有机碳限制异养细菌生长”的观点（Chandy和Angles，2001；Hammes和Egli，2005）。
虽然AOB对细菌生长的贡献已被认可，但其在生物膜形成中的作用仍不完全清楚。生物膜的形成不仅依赖于细菌的增殖（Liu等人，2016；Zheng等人，2023），还涉及复杂的细胞间相互作用，这些相互作用调节着附着、聚集、分散、信号传递和代谢交换等关键过程（Afonso等人，2023；Dai等人，2017；Wang等人，2022）。例如，Pseudomonas fluorescens 与 Delftia acidovorans 共培养时表现出增强的生物膜形成，这种现象归因于蛋白质介导的共聚集（Afonso等人，2023）。同样，Pseudomonas fluorescens 与 Listeria monocytogenes 的共培养也促进了生物膜的发展，这与细胞外多糖（PS）和蛋白质（PN）的产生增加有关（Zhou等人，2024）。基于实际水环境中分离出的细菌构建混合模拟系统对于研究AOB在DWDS中影响生物膜形成的潜在机制至关重要。
本研究旨在揭示AOB在碳限制环境下促进生物膜形成和维持的潜在机制。在模拟的饮用水碳限制条件下，使用从环境中分离出的 Nitrosomonas eutropha（AOB）和 Sphingomonas sp. 建立了一个混合培养系统。通过转录组分析，阐明了AOB代谢产物如何在碳限制条件下促进异养生物膜的形成。这项研究为基于生态调控的管理策略提供了重要的理论支持。
