近日，我院师生在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition (IF:16.6))杂志上发表题为“Unnatural Direct Interspecies Electron Transfer Enabled by Living Cell-Cell Click Chemistry”的最新研究成果。江苏大学为第一完成单位和唯一通讯单位，能源研究院/生物质能源研究院雍阳春为唯一通讯作者，环境与安全工程学院硕士研究生赵逸城、教师沙冲为共同第一作者。
不同种属细菌细胞之间的电子传递过程是近年来国际上新发现的微生物能量代谢过程，直接种间电子转移（DIET）是其中最重要的一种细胞间电子传递模式。DIET对于维持微生物群落功能、驱动地球元素循环和污染物转化至关重要，已成为环境和地学领域研究的国际前沿。但是，DIET如何发生及如何调控一直是困扰这一领域的、悬而未决的关键基础科学难题。
针对以上关键难题，该研究提出了“细胞间距”是决定DIET的关键因素的科学假设和“细胞鹊桥工程”的DIET调控新思想（图1）。据此，课题组以希瓦氏菌（S. oneidensis，SO）和沼泽红单胞菌(R. palustris, RP)为典型模型，设计了活细胞点击化学（Living Cell-Cell Click Chemistry）新策略。该策略为SO菌和RP菌搭建“鹊桥”，使“牛郎”菌（SO）终与“织女”菌（RP）相会，实现了不同种属细胞之间分子尺度的特异性直接链接。
图1. 活细胞点击化学及细胞鹊桥工程示意图。
基于SO菌与RP菌分子尺度的有效链接，该研究在国际上率先实现了希瓦氏菌细胞外膜C型细胞色素直接参与的DIET，证实了“细胞间距”是决定细胞外膜C型细胞色素DIET的关键因素的科学假设。同时，该研究还实现了SO菌与RP菌之间电子传递模式H2介导的间接电子传递（MIET）向DIET的直接转换，证实了“细胞鹊桥工程”的可行性，为DIET过程的人工创建和调控提供了新的借鉴和思路（图2）。
图2. 种电子传递模式的人工转换示意图
基于合成生物学“建物致知”的理念，本研究为细胞外膜C型细胞色素介导的DIET提供了直接证据，预示自然界中可能存在更为精巧的DIET途径，为种间电子传递机理研究开拓了新的思路。进一步，基于“建物致用”的理念，本研究提出了“细胞鹊桥工程”思想，将为DIET过程调控提供解决方案，为微生物电子传递工程应用提供新思路。
本研究得到了国家重点研发计划、江苏省双碳科技专项和国家自然科学基金的资助。
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202402318
