胞外電子傳遞是微生物進行胞外代謝的主要方式，眾多微生物透過該過程參與元素地球化學迴圈和實現汙染物高效降解（如生物電化學系統BESs）。混合微生物群落中的微生物之間存在非常複雜的代謝相互作用（如競爭、共生、共存等），這些代謝互作關係會影響微生物的胞外電子傳遞過程，進而影響BESs降解汙染物的效率。以往相關研究主要關注代謝合作，而種間競爭對微生物胞外電子傳遞過程的影響機制尚未被研究。
近日，中國科學院城市環境研究所環境電化學研究組以BESs為研究平臺，利用兩株均以乳酸鹽為底物的奧奈達希瓦氏菌（Shewanella oneidensis MR-1）和弗氏檸檬酸桿菌（Citrobacter freundii An1）探究了種間底物競爭對於胞外電子傳遞的影響。研究表明，S. oneidensis MR-1和C. freundii An1之間的底物競爭提高了混合菌BESs的發電量，是單獨接種S. oneidensis MR-1的BESs的6倍。結果表明，種間底物競爭提高了S. oneidensis MR-1的代謝活性和在電極上形成生物膜的能力，從而獲得了與C. freundii An1的競爭優勢；代謝活性的提高不僅為MR-1提供了更多的電子，而且還分泌了更多的黃素以促進胞外電子傳遞。蛋白質組學分析進一步證實，受種間底物競爭的影響，電極生物膜中S. oneidensis MR-1中與乳酸代謝、生物膜形成、外膜c型細胞色素相關的蛋白表達顯著上調。
該研究成果以Interspecific competition by non-exoelectrogenic Citrobacter freundii An1 boosts bioelectricity generation of exoelectrogenic Shewanella oneidensis MR-1為題發表在Biosensors and Bioelectronics上。該研究得到國家自然科學基金專案、廈門市青年創新基金專案、中科院青年創新促進會專案的支援。
種間競爭影響微生物胞外電子傳遞圖
來源：中國科學院城市環境研究所
