近日，我校雍陽春團隊在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition )雜志上發表題為“Unnatural Direct Interspecies Electron Transfer Enabled by Living Cell-Cell Click Chemistry”的最新研究成果。江蘇大學為第一完成單位和唯一通訊單位，能源研究院/生物質能源研究院雍陽春為唯一通訊作者，環境與安全工程學院/生物質能源研究院碩士研究生趙逸城、教師沙沖為共同第一作者。
不同種屬細菌細胞之間的電子傳遞過程是近年來國際上新發現的微生物能量代謝過程，直接種間電子轉移（DIET）是其中最重要的一種細胞間電子傳遞模式。DIET對于維持微生物群落功能、驅動地球元素循環和污染物轉化至關重要，已成為環境和地學領域研究的國際前沿。但是，DIET如何發生及如何調控一直是困擾這一領域懸而未決的關鍵基礎科學難題。
針對以上關鍵難題，該研究提出了“細胞間距”是決定DIET的關鍵因素的科學假設和“細胞鵲橋工程”的DIET調控新思想（圖1）。據此，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，設計了活細胞點擊化學（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，實現了不同種屬細胞之間分子尺度的特異性直接鏈接。
圖1. 活細胞點擊化學及細胞鵲橋工程示意圖
基于SO菌與RP菌分子尺度的有效鏈接，該研究在國際上率先實現了希瓦氏菌細胞外膜C型細胞色素直接參與的DIET，證實了“細胞間距”是決定細胞外膜C型細胞色素DIET的關鍵因素的科學假設。同時，該研究還實現了SO菌與RP菌之間電子傳遞模式H2介導的間接電子傳遞（MIET）向DIET的直接轉換，證實了“細胞鵲橋工程”的可行性，為DIET過程的人工創建和調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換示意圖
基于合成生物學“建物致知”的理念，本研究為細胞外膜C型細胞色素介導的DIET提供了直接證據，預示自然界中可能存在更為精巧的DIET途徑，為種間電子傳遞機理研究開拓了新的思路。進一步，基于“建物致用”的理念，本研究提出了“細胞鵲橋工程”思想，將為DIET過程調控提供解決方案，為微生物電子傳遞工程應用提供新思路。
本研究得到了國家重點研發計劃、江蘇省雙碳科技專項和國家自然科學基金的資助。（能源研究院 環境與安全工程學院）
全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202402318
