Projeto racional de vias de transferência de elétrons diretas e indiretas para engenharia eficientes, eletroativo Escherichia coli para aplicações de sistema bioeletroquímico verdes

Sistemas bioeletroquímicos (BESS) abrangem aplicações ecológicas, incluindo geração de bioeletricidade, biorremediação, biossensionamento, elecrossíntese, and many others.. Engenharia um eletroativo eficiente Escherichia coli Alavancar seu enorme equipment de ferramentas de biologia sintética abre o potencial ilimitado de BES. Após a triagem inicial, primeiro projetamos e construímos eletroativo E. coli com várias vias de transferência de elétrons, que combinavam a through MTR direta de Shewanella oneidensis MR-1 e a through indireta de fenazina-1-carboxilato (PCA) da Pseudomonas aeruginosa PAO1. As vias duplas exibiram excelente desempenho e complementaridade de transferência de elétrons. Posteriormente, a eficiência da transferência de elétrons foi melhorada da perspectiva da transferência de elétrons transmembranares e da interface celular -eletrodo, coordenando as vias MTR e PCA e aumentando a capacidade de formação de biofilme. Enquanto isso, simulações de dinâmica molecular e análises constantes de dissociação revelaram uma interação de PCA e o citocromo da membrana externa MTRC na through MTR. Finalmente, o eletroativo projetado E. coli foi aplicado em BES, onde sua densidade de corrente em células de combustível microbiana aumentou para 1994,9 ma.⁻²e a corrente interna atingiu 120,4 μA cm⁻². A capacidade de transferência de elétrons bidirecional foi melhor do que a dos micróbios eletroativos naturais do tipo selvagem, como P. Aeruginosa e S. Oneidensis. Além disso, o eletroativo projetado E. coli promoveu a fixação de CO₂ em um sistema microbiano de eletro -síntese de produção de succinato. Além disso, ao introduzir um módulo de resposta do tiossulfato no eletroativo E. colio biossensor alcançou o monitoramento em tempo actual do tiossulfato. Este trabalho fornece pontos de referência valiosos para o design racional e a integração de diferentes vias de EET em microorganismos não eletrocativos para dotá-los de eletroatividade eficiente e também oferece uma célula de chassi possível e eficaz para explorar processos bioeletroquímicos e abrir mais oportunidades em Bess.