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为探究成熟硫还原地杆菌（Geobacter sulfurreducens）生物膜醋酸盐摄取动力学，研究人员在连续生物电化学系统中开展实验。结果表明不同阳极电位下摄取参数差异显著，该研究为理解其代谢机制提供依据，助力微生物电化学技术（MET）发展。
在微生物电化学的奇妙世界里，微生物就像一个个神秘的小工匠，默默发挥着巨大的作用。微生物电化学技术（MET）被寄予厚望，有望助力实现多个联合国可持续发展目标，比如废水处理、能源生产、生物修复等。而这其中的关键角色 —— 电活性微生物（EAM），它们能够与电极相互作用，催化氧化或还原反应，其独特的细胞外电子转移（EET）能力更是备受关注。在众多研究对象中，硫还原地杆菌（
Geobacter sulfurreducens）因其在 EET 研究中的典型性而成为焦点。然而，尽管 EET 的研究不断取得进展，但硫还原地杆菌对醋酸盐的摄取动力学以及其他 EAM 的底物摄取情况却鲜为人知。这一知识缺口限制了人们对微生物代谢过程的深入理解，也阻碍了 MET 性能的优化。为了填补这一空白，来自国外的研究人员开展了一项深入研究。他们聚焦成熟硫还原地杆菌生物膜，在连续生物电化学系统（BES）中，对其醋酸盐摄取动力学进行了细致探究。研究发现，不同阳极电位下，生物膜的醋酸盐摄取参数存在显著差异，并且库伦效率（CE）与醋酸盐浓度密切相关。这些发现为揭示硫还原地杆菌的代谢机制提供了关键依据，也为进一步优化 MET 性能指明了方向，该研究成果发表在《Bioelectrochemistry》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，构建了生物电化学系统，以模拟实际反应环境，为硫还原地杆菌的生长和反应提供条件。其次，运用高效液相色谱（HPLC）技术精确测定醋酸盐浓度，确保实验数据的准确性。此外，通过计算库伦效率等指标，对生物膜的代谢情况进行量化分析。
在实验设计方面，研究人员考虑到醋酸盐摄取动力学受多种因素影响，且传统 Michaelis-Menten 方程在应用于生物膜时存在局限性，于是采用连续搅拌釜式反应器（CSTR），并对 Nernst-Michaelis-Menten 方程进行改进，以更好地分析实验数据。
在成熟硫还原地杆菌生物膜的培养过程中，研究人员先进行 5 批次循环培养，使生物膜达到成熟状态。在连续培养阶段，逐步改变醋酸盐浓度，观察生物膜的反应。实验过程中，稳定的 pH 值和较少的生物膜脱落现象保证了实验结果的可靠性。
对于在 0.4V 阳极电位下培养的生物膜醋酸盐摄取动力学分析，基于实际醋酸盐摄取和阳极电流的回归分析存在显著差异，这表明 CE 对结果影响较大。进一步研究发现，基于阳极电流计算的最大醋酸盐摄取速率约为实际测量值的 71%，与最大 CE 值相近，且 CE 在低醋酸盐浓度时较低，随着醋酸盐浓度增加而升高，超过 2mM 时达到饱和。这表明在低醋酸盐浓度下，硫还原地杆菌可能更倾向于利用醋酸盐进行生物合成过程。
在半饱和速率常数（KM）的一致性研究中，该研究得到的KM值处于已报道的Geobacter生物膜的上限。不同实验条件下KM值差异较大，这与生物膜和浮游细胞的质量传递方式不同、生物膜的生理差异、生物膜的年龄和形态等多种因素有关。
在电子受体限制条件下的醋酸盐摄取动力学研究中，当阳极电位为 -0.1V 时，实验结果出现较大差异，不同生物膜亚型表现出不同的醋酸盐摄取行为，这表明 Nernst-Michaelis-Menten 方程在该实验设计中的适用性存在局限，也体现了硫还原地杆菌生物膜对环境变化的高度适应性。
综合来看，该研究通过对成熟硫还原地杆菌生物膜醋酸盐摄取动力学的研究，揭示了不同阳极电位下的摄取参数差异，明确了 CE 对结果的影响，以及生物膜在不同醋酸盐浓度下的生理适应机制。这些发现不仅加深了人们对硫还原地杆菌代谢机制的理解，也为微生物电化学技术的发展提供了重要的理论支持。未来，有望基于这些研究成果，进一步优化微生物电化学系统，提高其在各个领域的应用效率，为实现可持续发展目标贡献更多力量。
