中国科大研发一种智能重编程细菌胞外电子转移的菌群状态决策系统

近期，中国科学技术大学环境科学与工程系、中科院城市污染物转化重点实验室在微生物胞外电子传递的调控方面取得新成果，研发了一种基于群感效应的菌群状态决策系统，用于智能编程电活性菌的胞外电子传递，实现了细胞资源的重新平衡分配。该成果以“Developing a population-state decision system for intelligently reprogramming extracellular electron transfer in Shewanella oneidensis”为题发表在8月27日出版的美国科学院院刊Proceedings of National Academy of Sciences of the United States of America（2020 117: 23001-23010）上。

电活性菌因其独特的胞外电子传递(EET)能力，在环境修复、清洁能源生产、绿色化学合成等方面具有巨大的应用潜力。因此，提高电活性细菌的EET效率及应用性能是其实际应用的关键。一些分子生物学技术虽然能够提升细菌的EET水平，但通常会引起细菌内部资源的分配失衡，进而竞争性地损害细菌生长和基础代谢，导致细菌无法充分发挥功能。

俞汉青教授课题组的博士生李凤和、博士后汤强等利用费氏弧菌的群感效应系统组分，设计并构建一个菌群状态决策系统(Population-State Decision, PSD)来智能、动态地根据细菌的菌群状态重编程细胞资源分配。即在初期阶段转向细胞生长，当种群生物量达到阈值后，PSD系统开始重新分配细胞资源转向EET的功能基因的表达和增强，从而优化有限细胞资源的分配，实现胞外电子传递的动态调控。采用该系统的菌株的EET能力提高4.8倍，对有机污染物的降解效率提高了18.8倍。该系统提供一个有效、实用的电子传递调控新方法，为进一步在复杂体系下智能调控微生物的胞外电子分配提供了重要工具。

上述研究得到科技部和国家自然科学基金委员会的支持。

文章链接：https://www.pnas.org/content/117/37/23001