新辦法使微生物「發電熱情」倍增

智創新

　　本文作者：孫玉松 趙習鈞

　　只要改造一下細胞的結構，就可讓電能細胞微生物「發電熱情」高漲，效率倍增，吞噬更多垃圾並將其變廢為寶？日前，新一期《自然·通訊》雜誌在線發表了天津大學化工學院宋浩教授團隊的最新研究成果。這一研究解開了微生物電化學領域的重要科學難題，為提高電能微生物細胞的胞外電子傳遞效率，推動電能細胞微生物「變廢為寶」產業化應用提供了可行思路。

　　據介紹，微生物電催化過程是電能細胞藉助細胞充放電等與外界環境進行雙向電子和能量交換過程，其在能源、環境、化工、軍事等領域具有廣泛應用前景。這一過程可實現環境能源領域「變廢為寶」應用，比如促使有機廢棄物降解和電能回收的微生物燃料電池、用於處理畜牧業、釀造業及食品加工業廢水制氫的微生物電解池、用於還原二氧化碳，合成高附加值精細化學品的微生物電合成等。

　　以電能細胞為主導的微生物電催化系統（微生物產電、微生物電合成、微生物非平衡電發酵等），作為一種新型綠色新能源生產方式正嶄露頭角。目前，細胞電子傳遞效率過低，成為限制電能細胞微生物產業化應用的最大瓶頸。如何利用電能細胞高效率發電，成為科學家們迫不及待想要解決的難題。宋浩團隊採用合成生物學模塊化工程改造細胞策略，對希瓦氏菌進行了系統的代謝優化與重構，改造了其遺傳基因。「我們發現電能細胞內『電子池』的容量大小是限制胞外電子傳遞速率的關鍵因素。」宋浩將細胞的電子載體NAD+比作細胞內部「電池」，其容量大小直接影響細胞的產電效率。實驗還證明，通過提高胞內電子載體NAD+總量，強化底物消耗速率，可顯著提升細胞電子傳遞速率，進而可刺激電能細胞微生物更加高效地「投入工作」。