电子穿梭体可显著加速胞外电子传递，但此前人们对于电子穿梭途径的认识并不全面。近日，广东省科学院生态环境与土壤研究所刘同旭研究员团队通过研究电子穿梭体介导的微生物胞外电子传递机制，揭示了脂溶性电子穿梭体可直接渗入细胞膜与周质蛋白反应完成胞外电子传递的新机制。研究表明，亲脂性吩噁嗪穿梭体——刃天青——可通过一条全新的途径介导希瓦氏菌的胞外电子传递。研究还验证了亲脂性吩嗪也具有相似的特征。
该团队研究发现，刃天青可显著增强希瓦氏菌MR-1的胞外电子传递强度，增加生物膜的形成，并聚集沉积于生物膜周边。转录结果表明，在含有刃天青的处理中，mtrCAB和omcA等外膜细胞色素c的表达量全部显著下调，意味着微生物对外膜Mtr蛋白的依赖降低；而如果将外膜细胞色素c敲除，突变株ΔmtrA/omcA/mtrC在刃天青的介导下仍然能产生与野生型强度相似的电流，进一步证明了刃天青可替代外膜细胞色素c的作用，无需外膜细胞色素c参与。进而，通过同时敲除周质空间的fccA和cctA基因，以及内膜的cymA基因，发现生物电流会受到较强的抑制，仅剩4-6 μA·cm-2，证实了周质空间的FccA和CctA是其胞外电子传递的关键反应位点。最后，利用电化学循环伏安、刃天青还原动力学、细胞色素c原位漫透射光谱等方法，进一步确证了刃天青绕过外膜Mtr蛋白传递电子具有高的反应效率。
脂溶性电子穿梭体可直接渗入细胞膜与周质蛋白反应完成胞外电子传递
该研究证实了低分子量、亲脂性强的电子受体，如吩噁嗪、吩嗪等具有与周质蛋白和细胞内膜蛋白直接反应介导胞外电子传递的能力。由于自然界中大多数微生物不具有外膜细胞色素c，渗入型电子穿梭的方式可能具有广泛性，这项发现可为理解自然界电子穿梭体的作用方式以及穿梭体的工程化应用提供理论基础。
相关成果近日作为封面文章发表于环境科学权威期刊Environmental Science & Technology。
研究成果被选为Environmental Science & Technology封面文章
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c07862
（省科学院土壤环境所/供稿）
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