近日，我校雍陽(yáng)春團(tuán)隊(duì)在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition )雜志上發(fā)表題為“Unnatural Direct Interspecies Electron Transfer Enabled by Living Cell-Cell Click Chemistry”的最新研究成果。江蘇大學(xué)為第一完成單位和唯一通訊單位，能源研究院/生物質(zhì)能源研究院雍陽(yáng)春為唯一通訊作者，環(huán)境與安全工程學(xué)院/生物質(zhì)能源研究院碩士研究生趙逸城、教師沙沖為共同第一作者。
不同種屬細(xì)菌細(xì)胞之間的電子傳遞過(guò)程是近年來(lái)國(guó)際上新發(fā)現(xiàn)的微生物能量代謝過(guò)程，直接種間電子轉(zhuǎn)移（DIET）是其中最重要的一種細(xì)胞間電子傳遞模式。DIET對(duì)于維持微生物群落功能、驅(qū)動(dòng)地球元素循環(huán)和污染物轉(zhuǎn)化至關(guān)重要，已成為環(huán)境和地學(xué)領(lǐng)域研究的國(guó)際前沿。但是，DIET如何發(fā)生及如何調(diào)控一直是困擾這一領(lǐng)域懸而未決的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)難題。
針對(duì)以上關(guān)鍵難題，該研究提出了“細(xì)胞間距”是決定DIET的關(guān)鍵因素的科學(xué)假設(shè)和“細(xì)胞鵲橋工程”的DIET調(diào)控新思想（圖1）。據(jù)此，課題組以希瓦氏菌（S. oneidensis，SO）和沼澤紅單胞菌(R. palustris, RP)為典型模型，設(shè)計(jì)了活細(xì)胞點(diǎn)擊化學(xué)（Living Cell-Cell Click Chemistry）新策略。該策略為SO菌和RP菌搭建“鵲橋”，使“牛郎”菌（SO）終與“織女”菌（RP）相會(huì)，實(shí)現(xiàn)了不同種屬細(xì)胞之間分子尺度的特異性直接鏈接。
圖1. 活細(xì)胞點(diǎn)擊化學(xué)及細(xì)胞鵲橋工程示意圖
基于SO菌與RP菌分子尺度的有效鏈接，該研究在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了希瓦氏菌細(xì)胞外膜C型細(xì)胞色素直接參與的DIET，證實(shí)了“細(xì)胞間距”是決定細(xì)胞外膜C型細(xì)胞色素DIET的關(guān)鍵因素的科學(xué)假設(shè)。同時(shí)，該研究還實(shí)現(xiàn)了SO菌與RP菌之間電子傳遞模式H2介導(dǎo)的間接電子傳遞（MIET）向DIET的直接轉(zhuǎn)換，證實(shí)了“細(xì)胞鵲橋工程”的可行性，為DIET過(guò)程的人工創(chuàng)建和調(diào)控提供了新的借鑒和思路（圖2）。
圖2. 種電子傳遞模式的人工轉(zhuǎn)換示意圖
基于合成生物學(xué)“建物致知”的理念，本研究為細(xì)胞外膜C型細(xì)胞色素介導(dǎo)的DIET提供了直接證據(jù)，預(yù)示自然界中可能存在更為精巧的DIET途徑，為種間電子傳遞機(jī)理研究開(kāi)拓了新的思路。進(jìn)一步，基于“建物致用”的理念，本研究提出了“細(xì)胞鵲橋工程”思想，將為DIET過(guò)程調(diào)控提供解決方案，為微生物電子傳遞工程應(yīng)用提供新思路。
本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省雙碳科技專(zhuān)項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。（能源研究院 環(huán)境與安全工程學(xué)院）
全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202402318
