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大肠杆菌（E. coli）自然状态下非电活性，其电化学检测存在挑战。研究人员在无外源电子穿梭体和基因改造情况下，监测其在 M9 培养基中的电化学行为。发现 + 0.35 V 氧化峰，信号与细菌生长及活力相关，还确定对苯二酚（HQ）为信号贡献物质，为相关领域研究提供新方法。
在生命的微观世界里，微生物的活动时刻影响着人类生活的方方面面。其中，大肠杆菌（Escherichia coli，E. coli）与人类的关系极为密切，它在食品科学、遗传工程、生物医药等领域都有着重要作用。然而，部分大肠杆菌菌株也会带来麻烦，像导致食物变质、引发食源性疾病等。
要深入了解大肠杆菌，监测其电化学行为是个重要途径。微生物可通过电子转移获取生长所需能量，而电化学方法凭借高灵敏度、高选择性以及出色的时空分辨率，能有效获取电子转移过程的信息。不过，大肠杆菌天生非电活性，这给电化学检测带来了难题。以往的研究方法，要么对大肠杆菌进行基因工程改造，要么添加氧化还原介质，但这些方法都存在弊端。基因改造不仅操作繁琐，还可能无法准确反映自然菌株的真实行为；添加外源氧化还原化合物会干扰大肠杆菌的代谢过程，让后续的比色测量变得复杂。而且，在自然条件下（不进行基因改造且不添加外部介质），大肠杆菌的直接电化学响应情况还未得到充分研究。
为了解开这些谜团，来自未知研究机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦在自然状态下的大肠杆菌菌株 ATCC 25922，在典型的营养限制培养基 M9 中，不添加任何外源电子介质，直接监测其电化学行为。研究发现，在 + 0.35 V（vs Ag/AgCl）处出现了氧化峰，这个氧化峰与细菌的活性紧密相连。而且，通过监测不同应激条件下的电化学信号变化，研究人员对微生物在复杂环境中的代谢特征和适应机制有了更深入的认识。他们还确定了对苯二酚（Hydroquinone，HQ）是大肠杆菌在 + 0.35 V 处电化学信号的贡献物质。这一研究成果意义重大，不仅增进了人们对大肠杆菌电化学行为的理解，还为研究其代谢能力、环境相互作用提供了新的方法，在食品科学和环境工程等领域有着广阔的应用前景。该研究成果发表在《Biosensors and Bioelectronics》杂志上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是培养技术，将大肠杆菌 ATCC 25922 在 M9 培养基中 37°C、150 rpm 振荡培养 14 小时，制备工作培养物；其次，利用循环伏安法对培养后的上清液进行检测，观察电化学信号；最后，通过制备型高效液相色谱（Prep-HPLC）和气相色谱 - 质谱联用（GC-MS）技术，鉴定出对苯二酚是电化学信号的贡献物质。
直接监测大肠杆菌的电化学行为
以往研究表明，电活性微生物能将电子转移到电极上，主要是因为它们会产生内源性电化学活性介质。但在未对大肠杆菌进行基因改造或添加外部介质的情况下，其直接电化学响应一直未得到证实。研究人员观察到大肠杆菌在应激状态下呼吸代谢会发生变化，由此推测特定应激条件或许能揭示其电化学响应。实验发现，在 M9 培养基中培养的活大肠杆菌上清液循环伏安图在 + 0.35 V 处有氧化峰，而死菌则没有，这表明该氧化电流能反映细胞活力。同时，生长曲线显示电化学信号与活菌数量密切相关。
结论
在 M9 基本培养基中培养大肠杆菌，成功捕获了其自然状态下的电化学信号，确定了 + 0.35 V（vs Ag/AgCl）的氧化峰与细菌活性紧密相关。通过监测不同应激条件下的电化学信号变化，深入了解了微生物在恶劣环境中的代谢特征和适应机制，明确了对苯二酚是电化学信号的贡献物质。
这项研究意义非凡，它为研究大肠杆菌的电化学行为开辟了新路径，绕过了传统方法的诸多弊端。在食品科学领域，有助于快速检测食品中大肠杆菌的活性和数量，保障食品安全；在环境工程方面，可用于监测环境中大肠杆菌对不同环境因素的响应，评估环境质量和生态平衡。未来，基于此研究成果，有望开发出更高效、更精准的微生物检测和监测技术，为生命科学和健康医学领域的发展注入新的活力。
