Trends Biotechnol
开发高版本电活性微生物底盘研究新进展
近期，中国科学技术大学环境科学与工程系在电活性微生物底盘开发方面取得了新进展，该研究通过微生物总基因组简化激活希瓦氏菌的代谢，并利用扩展的分子工具组件提高遗传改造能力，为将电活性微生物打造为新型生物技术底盘奠定了基础。相关研究以“Fabricating an advanced electrogenic chassis by activating microbial metabolism and fine-tuning extracellular electron transfer”为题在Trends in Biotechnology发表（DOI: 10.1016/j.tibtech.2024.09.021）。
电活性微生物作为非典型的底盘宿主，为全球能源和环境挑战提供了潜在的解决方案。然而，由于遗传和代谢限制，它们的产电效率和代谢多样性较低，这阻碍了其更广泛的应用。本研究开发了一种多层次的方法，旨在构建高版本电活性底盘微生物。首先，通过移除染色体外遗传物质来简化总基因组，促进了细胞代谢，细胞表现出更快的底物消耗水平，胞内NADH/NAD+和ATP/ADP水平均提高，生长和生物量积累同步增加。转录组数据显示了细胞代谢的整体激活。我们进一步扩展了电活性菌的标准分子工具箱，包括基于内源质粒复制子的标准化载体和精细化启动子组件，用于精确基因表达调控。基于这些分子工具箱组件我们扩展了底物利用的多样性，增强了工程菌株基于初级代谢的环境适应性。在此基础上，我们进一步利用分子工具箱对胞外电子传递途径进行组合交叉微调，显著提升了胞外电子传递效率，大幅提高了污染物生物降解和放射性核素铀的移除能力。该研究也为发展电活性微生物作为新型生物技术底盘树立了新范式。
图. 用于稳健环境应用的高版本电活性底盘构建示意图
该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学技术大学双一流等项目的支持。
本文来源：中国科大环境科学与工程系。
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