Nat,Rev,Microbiol：微生物和細(xì)胞外礦物質(zhì)的關(guān)鍵相互作用

2016年10月02日訊 日前，一項(xiàng)刊登于國際雜志Nature Reviews Microbiology上的綜述文章指出，一些在土壤、水體以及地下沉積物中富集的礦物質(zhì)能夠通過供給電子或?qū)⑵鋬Υ鏋椤碍h(huán)境電池”來支持微生物的生長，一些微生物細(xì)胞能夠從來自細(xì)胞壁外部和礦物質(zhì)相關(guān)的金屬衍生出化學(xué)能量，但在很多時(shí)候，微生物的細(xì)胞并不能使得礦物質(zhì)滲透進(jìn)入，或者說這些微生物細(xì)胞并不具有導(dǎo)電性。由于這些屏障的存在，一些微生物就會開始進(jìn)化出特殊的策略來同細(xì)胞外的礦物質(zhì)交換電子，本文中研究者就闡明了如何理解這種機(jī)制來促進(jìn)細(xì)胞所需電子的交換。

具有胞外電子轉(zhuǎn)移能力的微生物或許在環(huán)境可持續(xù)的生物技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域上具有一定潛力，一些生物除污技術(shù)就能夠利用這些微生物來降解土壤、地下水和沉淀物中的污染物，而且生物采礦領(lǐng)域也能夠利用微生物來替代一些諸如過熱或毒性化合物的提取方法，從而以一種低污染高效的方法從低級別的礦石中提取出目標(biāo)元素。熟練礦物質(zhì)電子轉(zhuǎn)移的微生物或許還能在很多領(lǐng)域中有較廣泛的應(yīng)用，比如催化、半導(dǎo)體制造、低能量微生物染料、癌癥療法、清潔生物能源的開發(fā)和利用等。

微生物的細(xì)胞被膜含有胞質(zhì)膜，其是細(xì)胞隔離外界環(huán)境的主要屏障，同時(shí)胞質(zhì)膜還是必要的微生物能量產(chǎn)生的關(guān)鍵電子轉(zhuǎn)移的鏈條，但通常其包含有外部的結(jié)構(gòu)元件，這些結(jié)構(gòu)元件能夠使得微生物細(xì)胞具有電子非導(dǎo)體型并且不能使得礦物質(zhì)滲入細(xì)胞中，微生物的細(xì)胞外電子轉(zhuǎn)移通過利用一系列用作電子交換的特殊進(jìn)化機(jī)制來克服細(xì)胞的屏障，這些相同的策略也表明，具有細(xì)胞外電子轉(zhuǎn)移能力的微生物或許能夠潛在用作生物技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。

這項(xiàng)研究中，研究者總結(jié)了過去十年以來的一些實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，對于理解微生物細(xì)胞外電子轉(zhuǎn)移的機(jī)制或許非常重要。研究者在文章中總結(jié)的內(nèi)容如下：1）在四種模式微生物中有代表性的電子轉(zhuǎn)移通路的分子識別和功能特性描述；2）微生物細(xì)胞中發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)；3）電子轉(zhuǎn)移通絡(luò)或許具有雙向性，而且利用納米線或多細(xì)胞的“電纜細(xì)菌”就能夠?qū)崿F(xiàn)不同微生物細(xì)胞間的直接電子轉(zhuǎn)移，甚至在不同種的細(xì)菌都能夠?qū)崿F(xiàn)電子轉(zhuǎn)移；4）礦物質(zhì)能夠扮演電子導(dǎo)體或者電池。

與此同時(shí)，研究者還在文章中討論了知識的差距，其中包括理解內(nèi)部的電子轉(zhuǎn)移機(jī)制，如何在原子分辨力水下捕獲活性蛋白的分子結(jié)構(gòu)，以及納米線和“電纜細(xì)菌”如何發(fā)揮作用。

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