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，廣東省科學院生態環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蛋白反應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。
該團隊研究發現，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。轉錄結果表明，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，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在刃天青的介導下仍然能產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，通過同時敲除周質空間的fccA和cctA基因，以及內膜的cymA基因，發現生物電流會受到較強的抑制，僅剩4-6 μA·cm-2，證實了周質空間的FccA和CctA是其胞外電子傳遞的關鍵反應位點。最后，利用電化學循環伏安、刃天青還原動力學、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效率。
脂溶性電子穿梭體可直接滲入細胞膜與周質蛋白反應完成胞外電子傳遞
該研究證實了低分子量、親脂性強的電子受體，如吩噁嗪、吩嗪等具有與周質蛋白和細胞內膜蛋白直接反應介導胞外電子傳遞的能力。由于自然界中大多數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，這項發現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用提供理論基礎。
相關成果近日作為封面文章發表于環境科學權威期刊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
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