近日，英国威廉希尔公司教授、美国微生物科学院院士Christopher Rensing团队在微生物纳米导线介导的胞外电子传递研究中取得新进展。

论文发表截图

 在全球能源短缺及环境污染日益严重的背景下，微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC) 受到越来越多的关注。MFC是利用电活性微生物具有通过分解有机物向胞外释放电子的能力，在降解污染物的同时输出电能，是具有巨大潜能的绿色可循环再生能源技术，有望在解决环境问题的同时解决能源问题。通常，电活性微生物能在MFC 的阳极表面形成电活性生物膜，构成MFC的催化核心。然而，随着电活性生物膜的不断增厚，远离电极的电活性微生物将面临如何将电子传递到阳极的难题。研究发现，某些电活性微生物可以通过在细胞表面表达导电的纤维状纳米线实现长距离的电子传递。

 Geobacter sulfurreducens是目前产电与成膜能力最强的电活性微生物之一。研究表明，G. sulfurreducens至少可以表达三种形式的导电纳米线，即菌毛、细胞色素OmcS和OmcZ纳米导线。这些纳米导线被认为是G. sulfurreducens可进行阳极产电的关键。然而，以往的研究只强调了这些纳米导线在阳极生物膜中的导电功能，却忽略了其潜在的结构功能。

地杆菌纳米线介导的电子跨膜传递机制示意图

 课题组通过分解各种纳米线的导电与结构功能，从导电与成膜两方面研究了每种纳米导线在G. sulfurreducens阳极生物膜中的功能。研究结果表明，OmcS纳米导线只具有导电功能而不具有结构功能，菌毛只具有结构功能而不具有导电功能，而OmcZ纳米导线同时具有导电功能与结构功能，并且其导电功能比OmcS纳米导线强，而结构功能要比菌毛更强。该研究揭示了纳米线结构功能对电活性生物膜生长以及产电的重要性，支持了细胞色素促进G. sulfurreducens电活性生物膜长距离胞外电子传递的假说，并提出G. sulfurreducens天生的成膜缺陷是显示MFC 性能提升的因素之一。该研究为全面理解电活性生物膜电子传递机制提供了新的证据，并为提高MFC的性能提供了一种方案。

 该研究成果目前以“Dissecting the structural and conductive functions of nanowires in Geobacter sulfurreducens electroactive biofilms”为题，发表于国际著名期刊《mBio》上，WilliamHill官网为第一完成单位，刘星研究员和Christopher Rensing教授为共同通讯作者，博士生叶银和刘星研究员为共同第一作者。该研究得到了国家杰出青年科学基金（41925028）、国家自然科学基金（42077218）、福建省科技厅项目（2020J01568）和WilliamHill官网杰出青年科研人才计划项目（xjq202001）的资助。

英国威廉希尔公司 图文  修新田审核