我國科學(xué)家在合成生物學(xué)強(qiáng)化微生物電催化效率領(lǐng)域取得重要突破
北京時(shí)間9月7日，天津大學(xué)宋浩教授團(tuán)隊(duì)在《自然—通訊》雜志（Nature Communications）在線發(fā)表了題為“Modular engineering to increase intracellular NAD(H/+) promotes rate of extracellular electron transfer of Shewanella oneidensis”的研究論文，闡明了胞內(nèi)電子池容量是限制胞外電子傳遞速率這個(gè)微生物電生理領(lǐng)域的重大科學(xué)問題，為工程電能細(xì)胞提高電子傳遞效率提供了新思路。該研究成果獲得國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”計(jì)劃）和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
細(xì)胞電子傳遞和能量代謝是驅(qū)動細(xì)胞生理和代謝的動力源泉。電能細(xì)胞（即產(chǎn)電和親電微生物）通過與外界環(huán)境進(jìn)行雙向電子傳遞和能量代謝，可以實(shí)現(xiàn)多種微生物電催化過程，包括微生物燃料電池、微生物電解電池、微生物電發(fā)酵和微生物電合成等。這些生物電催化系統(tǒng)極大促進(jìn)了電能細(xì)胞在能源、環(huán)境、化工、軍事等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，尤其在海洋微生物燃料電池、生物電催化制氫、溫室氣體CO2人工光合和生物電合成系統(tǒng)生產(chǎn)高附加值化學(xué)品等方面擁有重要應(yīng)用前景，獲得了各國政府、學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注。然而電能細(xì)胞的電子傳遞的低效率成為制約微生物電催化系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的核心瓶頸。
針對這一國際難題，天津大學(xué)宋浩教授團(tuán)隊(duì)采用模塊化的合成生物學(xué)策略對希瓦氏菌的NAD+從頭合成路徑、補(bǔ)救合成路徑、通用合成路徑進(jìn)行系統(tǒng)的代謝優(yōu)化與重構(gòu)，通過提高胞內(nèi)電子載體NAD(H/+)的總量強(qiáng)化底物消耗速率，顯著促進(jìn)了胞外電子傳遞速率，系統(tǒng)性闡明了電能細(xì)胞的胞內(nèi)電子池NAD(H/+)的容量是否足夠大、胞內(nèi)電子池是否限制胞外電子傳遞速率這兩個(gè)微生物電生理領(lǐng)域的重大科學(xué)問題。
