電子穿梭體可顯著加速胞外電子傳遞，但此前人們對于電子穿梭途徑的認識并不全面。近日，廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所劉同旭研究員團隊通過研究電子穿梭體介導(dǎo)的微生物胞外電子傳遞機制，揭示了脂溶性電子穿梭體可直接滲入細胞膜與周質(zhì)蛋白反應(yīng)完成胞外電子傳遞的新機制。研究表明，親脂性吩噁嗪穿梭體——刃天青——可通過一條全新的途徑介導(dǎo)希瓦氏菌的胞外電子傳遞。研究還驗證了親脂性吩嗪也具有相似的特征。

　　該團隊研究發(fā)現(xiàn)，刃天青可顯著增強希瓦氏菌MR-1的胞外電子傳遞強度，增加生物膜的形成，并聚集沉積于生物膜周邊。轉(zhuǎn)錄結(jié)果表明，在含有刃天青的處理中，mtrCAB和omcA等外膜細胞色素c的表達量全部顯著下調(diào)，意味著微生物對外膜Mtr蛋白的依賴降低；而如果將外膜細胞色素c敲除，突變株ΔmtrA/omcA/mtrC在刃天青的介導(dǎo)下仍然能產(chǎn)生與野生型強度相似的電流，進一步證明了刃天青可替代外膜細胞色素c的作用，無需外膜細胞色素c參與。進而，通過同時敲除周質(zhì)空間的fccA和cctA基因，以及內(nèi)膜的cymA基因，發(fā)現(xiàn)生物電流會受到較強的抑制，僅剩4-6 μA·cm-2，證實了周質(zhì)空間的FccA和CctA是其胞外電子傳遞的關(guān)鍵反應(yīng)位點。最后，利用電化學(xué)循環(huán)伏安、刃天青還原動力學(xué)、細胞色素c原位漫透射光譜等方法，進一步確證了刃天青繞過外膜Mtr蛋白傳遞電子具有高的反應(yīng)效率。

脂溶性電子穿梭體可直接滲入細胞膜與周質(zhì)蛋白反應(yīng)完成胞外電子傳遞

　　該研究證實了低分子量、親脂性強的電子受體，如吩噁嗪、吩嗪等具有與周質(zhì)蛋白和細胞內(nèi)膜蛋白直接反應(yīng)介導(dǎo)胞外電子傳遞的能力。由于自然界中大多數(shù)微生物不具有外膜細胞色素c，滲入型電子穿梭的方式可能具有廣泛性，這項發(fā)現(xiàn)可為理解自然界電子穿梭體的作用方式以及穿梭體的工程化應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

　　相關(guān)成果近日作為封面文章發(fā)表于環(huán)境科學(xué)權(quán)威期刊Environmental Science & Technology。

研究成果被選為Environmental Science & Technology封面文章

　　原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c07862

　?。ㄊ】茖W(xué)院土壤環(huán)境所/供稿）