解密可提升储电效率的基因线路，微生物电池5年内取代现有电池？

Lv.2

任务小子

　　用电鳗发电似乎是一种异想天开，但利用微生物发电并不是新鲜事。

　　早在 1910 年，英国科学家马克比特就发现了微生物的培养液能够产生电流，并成功制造出了世界第一块微生物电池。1962 年，美国科学家弗斯勒带领团队研制出一部以微生物为电池的无线电发报机。

　　随着合成生物学技术的应用，产电微生物的研究更加工程化，2018 年我国科技部发布的 “合成生物学” 重点专项中也将 “电能细胞设计与构建” 列为了重点研究项目。

　　微生物电池也被众多学者视为新型电池中最具潜力的一个。

　　产电微生物

　　其实在生物体内，时时刻刻都在产生 “电”，细胞的有氧呼吸就涉及电子的传递，而利用微生物产电的原理与之相似。

　　产电微生物可以代谢有机底物，将电子传递给胞内的 NAD+、FAD 生成 NADH、FADH2，或存储在丙酮酸、甲酸等中间代谢物中，共同构成了产电微生物的胞内可释放电子池。

　　随后，在一系列酶的催化下，中间代谢物汇入位于细胞内膜的醌池中，经过甲基萘醌脱氢酶释放，实现电子的胞内生成，并最终通过胞外电子传递系统传递到胞外电子受体 [1]。

　　图丨产电细胞电子生成和传递（来源：产电细胞的合成生物学设计构建）

　　产电微生物在自然界分布广泛，随着微生物筛选技术的进步，更多产电微生物也被逐渐发掘。

　　其优势之一是自身产出的电能可以被用于加速生物反应，以污水处理为例，微生物可以利用污水中的有机物产生电子，理论上，如果通过电极连接，可以在水中形成电流回路，当电流强度达到一定的值时，便可利用电解水的方法处理污水，形成良性循环。

　　这一特性是以产电微生物为主体的生物智能合成和生物电催化领域的核心，为绿色可持续性生产新能源或大宗精细化学品的生产提供了新思路 [1]。

　　但如同所有合成生物学底盘细胞一样，野生型的产电微生物缺点也很明显，可利用底物谱窄、底物摄取代谢强度弱，胞内电子池容量小、胞外电子传递速率慢等等 [1]。

　　这些都是合成生物学家正在解决的问题。

　　解密电子摄取基因线路

　　有电能的产生，就会有电能的存储，今年 8 月，美国辛辛那提大学生物科学系 Annette R Rowe 团队和康奈尔大学生物与环境工程系 Buz Barstow 团队在Communications Biology上刊文，提出了一种利用细菌（Shewanella oneidensis）进行电子摄取的基因线路。