生命科学
Life science
近日，中国科学技术大学环境科学与工程系的俞汉青院士团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Biotechnology发表了题为“Fabricating an advanced electrogenic chassis by activating microbial metabolism and fine-tuning extracellular electron transfer”的研究性论文。该研究通过简化希瓦氏菌的总基因组激活其基础代谢，并利用扩展的分子工具组件提高遗传改造能力，为电活性微生物作为新型生物技术底盘的应用奠定了基础。
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随着全球能源与环境问题的日益加剧，电活性微生物在废水处理和能量回收等领域展现出广阔的应用前景。这些微生物通过胞外电子传递，将代谢底物产生的电子传递至胞外的金属氧化物、电极或污染物等电子受体，实现电能的生成或难降解污染物的还原。然而，这些非模式微生物面临多重挑战，特别是在遗传调控和天然代谢能力方面的限制，使其在污染物降解效率和适用性上受限。此外，这些微生物的基因表达调控工具尚不完善，基因组存在较高冗余，导致对代谢过程进行精细控制的难度较大。这些局限性限制了其作为生物技术底盘细胞的应用。
针对上述问题，该研究团队发展了一种多层次的策略，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，增强了细胞基础代谢。宿主细胞表现出更快的底物消耗速率和更高的代谢水平，生长速率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增强。此外，通过扩展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，增强了基因表达的调控能力。基于这些分子工具，进一步拓展了底物利用的多样性，增强了工程菌株在初级代谢基础上的环境适应性。在此基础上，通过利用分子工具箱对胞外电子传递途径进行组合和微调，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铀等放射性核素的去除能力。
该研究利用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，也为发展电活性微生物作为新型生物技术底盘宿主树立了新范式。
图 用于稳健环境应用的增强型电活性底盘构建示意图
相关论文信息
论文原文刊载于Cell Press细胞出版社旗下期刊Trends in Biotechnology，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文
▌论文标题：
Fabricating an advanced electrogenic chassis by activating microbial metabolism and fine-tuning extracellular electron transfer
▌论文网址：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167779924002828
▌DOI：
https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2024.09.021
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