冯玉杰团队、麻省大学Lovley团队合作ES&T：硫酸盐还原菌的胞外电子转移能力

　　近日，哈尔滨工业大学环境学院冯玉杰教授团队与马萨诸塞州州立大学Derek R. Lovley教授团队合作在环境领域著名学术期刊Environmental Science & Technology上发表了题为“Extracellular Electron Exchange Capabilities of Desulfovibrio ferrophilus and Desulfopila corrodens”的论文。文中探究了硫酸盐还原菌Desulfovibrio ferrophilus以及Desulfopila corrodens分别以Fe(0)和不锈钢为电子供体，以Fe(III)为电子受体时的胞外电子转移能力。研究发现，与已有的假设不同，Desulfovibrio ferrophilus和Desulfopila corrodens不具备从固态电子供体直接摄取电子的能力。在电子导出方面，Desulfovibrio ferrophilus可利用Fe(III)做电子受体，但Desulfopila corrodens基本无还原Fe(III)的能力。Desulfovibrio ferrophilus可还原包覆于海藻酸钠微珠中的Fe(III)氧化物，说明该菌在生长过程中可释放电子载体，从而促进胞外电子传递。导电原子力显微镜扫描结果显示Desulfovibrio ferrophilus的pili具有导电性，同时，当以Fe(III)氧化物为电子受体进行生长时，编码富含芳香族氨基酸的假定菌毛蛋白的基因表达上调，但编码多血红素细胞色素c的表达未出现上调。对D. ferrophilus的基因组信息进行分析，未发现跨外膜的孔蛋白-细胞色素电子传递通路。结果表明，Desulfovibrio ferrophilus已适应一种新型的胞外电子传递方式。该成果对生物地球化学循环以及生物电化学等研究具有深远意义。

　　该项研究首次证实D. ferrophilus具有还原Fe(III)的能力，且利用不锈钢作电子供体，排除了氢气作为电子中介的可能性，证明D. ferrophilus不具备从Fe(0)直接摄取电子的能力。尽管据报道D. corrodens也具有直接摄取电子的能力，但本研究结果也表明其不具备直接获取电子的能力。研究结果再次强调了排除氢气作为中介体的可能性在探究细菌直接电子转移能力时的重要作用。不能用氢的地杆菌以不锈钢为电子供体还原Fe(III)的研究结果拓展了厌氧条件下的金属腐蚀途径，在许多土壤或沉积物中，Fe(III)氧化物的含量十分丰富，是潜在的电子受体，有可能在金属腐蚀中发挥重要作用。该研究为探究多种其他硫酸盐还原菌的胞外电子转移能力提供了可参考的方法。大多具有电化学活性的革兰氏阴性菌中都含有孔蛋白-细胞色素电子传递通路，然而在D. ferrophilus中可能存在一种全新的跨外膜胞外电子转移机制。e-pili的表达也为细菌得远程电子传输提供了可能。该项目得到了国家留学基金委的资助。国家重点实验室冯玉杰教授为该项目通讯作者，博士生梁丹丹为第一作者。