通过直接种间电子转移对 微生物进行硬连线：机制和应用

齐文成a  和  Douglas F. Call * a  

https://doi.org/10.1039/C6EM00219F

多细胞微生物群落是设计用于处理废水、修复受污染的沉积物和从生物质产生能量的工程系统中的重要催化剂。因此，了解其中的种间相互作用对于设计有效的过程至关重要。这些群落内的电子流动在确定反应可能性（热力学）和速率（动力学）方面尤为重要。传统的电子转移模型包含由一个生物体产生并被第二个生物体消耗的代谢物的扩散，通常称为介导种间电子转移 (MIET)。在过去十年中出现的证据表明，另一种称为直接种间电子转移 (DIET) 的方法可能发生在生物体之间或与导电材料结合使用。最近的研究表明，可以在工程系统中刺激 DIET，以改善厌氧消化器和微生物电化学技术等系统中所需的处理目标和能量回收。在这篇综述中，我们总结了对饮食机制、相关微生物和潜在热力学的最新理解。我们还批判性地研究了在工程系统中刺激 DIET 的方法并评估其有效性。我们发现，在大多数情况下，在混合培养系统中推广饮食的尝试并没有产生基于确定的文化研究的预期改进。实际系统中可能同时发生的其他过程的不确定性，例如污染物吸附和生物膜促进，需要进一步研究。

• 来自杂志：

  能源与环境科学

芳华柳，*   无肢-埃琳娜Rotaru，普拉M.什雷斯塔，尼基尔S. Malvankar，凯利P.内文  和  德里克R. Lovley

将颗粒活性炭 (GAC) 添加到产甲烷消化器中以增强废物向甲烷的转化，但对 GAC 刺激作用的机制知之甚少。GAC 具有高导电性，因此假设 GAC 刺激产甲烷的一种机制可能是促进直接种间电子转移（饮食）在细菌和产甲烷菌之间。将 GAC 添加到金属还原地杆菌和硫还原地杆菌的共培养物中时，代谢显着加速，这些共培养物在先前证明需要 DIET 的条件下生长。细胞附着在 GAC 上，但不像在细胞之间建立生物电连接时那样聚集。对一系列基因缺失突变体的研究消除了 GAC通过种间氢或甲酸转移促进电子交换的可能性，并证明在 GAC 存在下的 DIET 不需要导电菌毛和相关的c型细胞色素参与生物种间的电连接。GAC 也大大刺激了乙醇G. metallireducens和Methanosarcina barkeri共培养物中的代谢和甲烷产生。细胞附着在 GAC 上，但没有紧密聚集，这表明物种之间几乎没有机会进行生物电接触。GAC 还提高了产甲烷消化器样品中甲烷的产量，其中Methanosaeta是主要的产甲烷菌。结果表明，GAC 可以促进 DIET，并表明对产甲烷消化器代谢的刺激至少部分归因于 GAC 的高电导率，提供了比生物可伪造的电连接更好的种间电连接。

微生物直接种间电子传递：机制及应用

黄玲艳 , 刘星 , 周顺桂     

摘要：微生物种间电子传递（Interspecies electron transfer，IET）是指电子供体微生物与电子受体微生物之间通过直接或间接方式传递电子形成互营生长关系，从而共同完成单一微生物不能完成的代谢过程的现象。IET分为间接种间电子传递（Mediated IET，MIET）和直接种间电子传递（Direct IET，DIET）。其中，前者一般需要氢、甲酸、核黄素等作为电子载体，而后者是指微生物间通过纳米导线、氧化还原蛋白、导电颗粒等进行直接电子交换。DIET是最新发现的IET方式，DIET的发现改变了微生物互营代谢必须依赖氢/甲酸等能量载体的传统认识。本文在论述MIET的同时，重点阐述了DIET的三种介导机制，列举了参与IET的典型微生物种类，系统介绍了IET在厌氧消化产甲烷、甲烷厌氧氧化、微生物脱氯等重要环境过程中的作用机制及应用潜力，并展望了微生物种间电子传递的未来研究方向。本综述有助于加深对微生物IET发生机制的认识，为理解微生物IET在自然界碳氮等元素循环、温室气体排放、污染物降解等关键生物地球化学过程中的作用提供理论基础，为IET的实际工程应用提供可能。

土壤学报  2018, Vol. 55 Issue (6): 1313-1324  DOI: 10.11766/trxb201805240172