能量生产上，细菌一直显得“局促”。与拥有众多线粒体的真核细胞相比，大多数细菌的呼吸链组件只能拥挤地塞进一张细胞膜里——膜上空间有限，每多产一分能量就要给更多蛋白质、脂质腾地方，一旦空间告急，产能便触及天花板。

2026年8月，澳大利亚墨尔本大学的Kropp等人报告了一个出人意料的解法。他们在《Nature Microbiology》上显示，土壤细菌枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）能长出微小的蛋白—脂质纤维，把部分产能系统“延伸”到细胞膜之外，从而绕开空间瓶颈^[1]。

从单插头到接线板

团队此前发现某些细菌用醌转运蛋白辅助呼吸^[2]：醌是穿梭于膜内搬运电子的“快递员”，转运蛋白则负责把电子对接上产能机器。循此线索，他们在枯草芽孢杆菌基因组中找到相似结构——由烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶（Ndh）与偶联蛋白（Ncp）组成的复合物。冷冻电镜显示，Ncp 形成四聚体骨架，为4个Ndh提供支架，复合体内部是一层含磷脂的疏水腔室；这样的复合体又能首尾相连，串成更长的纤维。

关键在于腔室的疏水性——它恰好容纳并富集同样疏水的醌分子，使醌得以在膜外数百埃的范围内、沿纤维在呼吸组件之间转运。脂质组学与分子动力学模拟支持这一机制：纤维能主动从细胞膜中提取醌（如 MK-7），相当于“只插一个插头，却把电分给一排电器”。不过要强调，这并非导电的“导线”，而是醌的运输通道——与细菌“导电纳米线”机制截然不同^[3,4]。后者（如地杆菌 Geobacter 的 OmcZ 细胞色素纤维）依赖血红素堆叠直接传导电子^[4]，而Ndh–Ncp纤维本身并不导电，只是为醌分子开辟一条膜外的疏水“快车道”。

一个全新机制，一个待解疑问

耶鲁大学研究细菌导电结构的Malvankar 评论道，若属实，这堪称一种全新的机制^[5]。耐人寻味的是，他正是OmcZ导电纳米线结构研究^[4]的作者之一，对两类“电线”的差异自然格外敏感。相较动辄超出菌体数倍的菌毛、鞭毛与导电纳米线^[3,4]，这里的纤维仅约40纳米长，而枯草芽孢杆菌细胞宽约4微米，相差近100倍。他幽默地打了个比方：一米高的人配一根一厘米的“电线”，还能当真用作导线吗？因此，醌是否真的穿过空心管腔、以何种速率移动，仍待直接实验证实。

目前最关键的下一步，是观察这些结构在活细胞内是否真正行使功能。Kropp 坦言，亲眼看到细胞内真实发生的过程，才是验证发现最准确的方式。正如她所说，一切研究都有局限——但对一株普通土壤菌而言，这根短短的“电线”或许正在改写我们对原核生物产能上限的认知。

参考文献

[1] Kropp A, Asadollahi K, Stapleton JA, et al. Quinone-transporting filaments expand bioenergetic capacity in Gram-positive Bacillota. Nature Microbiology, 2026, 11(9): 2543-2561. https://doi.org/10.1038/s41564-026-02450-z

[2] Grinter R, Kropp A, Venugopal H, et al. Structural basis for bacterial energy extraction from atmospheric hydrogen. Nature, 2023, 615(7952): 541-547. https://doi.org/10.1038/s41586-023-05781-7

[3] Gorby YA, Yanina S, McLean JS, et al. Electrically conductive bacterial nanowires produced by Shewanella oneidensis strain MR-1 and other microorganisms. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2006, 103(30): 11358-11363. https://doi.org/10.1073/pnas.0604517103

[4] Gu Y, Guberman-Pfeffer MJ, Srikanth V, et al. Structure of Geobacter cytochrome OmcZ identifies mechanism of nanowire assembly and conductivity. Nature Microbiology, 2023, 8(2): 284-298. https://doi.org/10.1038/s41564-022-01315-5

[5] Brahambhatt R. Bacteria Build“Power Cables”to Make More Energy. The Scientist, 2026-09-23. https://www.the-scientist.com/bacteria-build-power-cables-to-make-more-energy-75027

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