近期，中国科学技术大学环境科学与工程系在异化金属还原菌(DMRB)介导的地球化学铁循环机制解析方面取得进展，阐明了外膜细胞色素c与赤铁矿界面的相互作用与电子转移过程，明晰了光照与黑暗条件下界面处不同的电子流动方向，揭示了DMRB外膜蛋白调控铁元素循环的类电容作用。相关研究结果以“Iron Cycle Tuned by Outer-Membrane Cytochromes of Dissimilatory Metal-Reducing Bacteria: Interfacial Dynamics and Mechanisms in Vitro”为题，于2021年7月20日被Environmental Science & Technology接收。

铁元素作为含铁蛋白(血红蛋白、固氮酶、叶绿体蛋白等)的金属中心，对地球上的生物至关重要。目前，普遍认为微生物代谢在介导铁的氧化和还原反应中具有不可忽视的作用。其中，在自然环境中丰度较高的DMRB，如其典型代表希瓦氏菌，能够将生物电子传递给不溶性含铁矿物，生成游离态铁离子，这一过程是铁元素地球化学循环的重要组成部分。而OmcA作为希瓦氏菌的终端还原酶，在与赤铁矿的相互作用中，直接参与了矿物界面的铁还原，但对OmcA与赤铁矿界面变化的动态机制及界面电子传递过程仍不清晰。

针对上述问题，虞盛松博士和陈洁洁教授等采用红外光谱-二维相关分析与理论计算相结合的方法，在分子水平上分析了OmcA/赤铁矿界面相互作用过程中结构的动态变化，系统地证明了外膜蛋白OmcA可抑制赤铁矿光电流的产生，而在黑暗和缺氧的环境中则释放生物电子驱动铁循环的过程，从而揭示了微生物蛋白介导的矿物表面铁溶解机制。该工作将有利于更好地理解元素生物地球化学循环和驱动机制。

该工作得到了国家自然科学基金委员会、教育部、中国博士后科学基金会和中国科学技术大学超算中心的支持。

图1. 外膜蛋白与赤铁矿在不同环境下的界面电子流动

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c01440