新型电活性细菌Lysinibacillus macroides AP在微生物燃料电池中实现二苯并噻吩降解与同步发电的机制研究

本研究针对多环芳香硫杂环化合物（PASHs）的环境污染难题，首次从芳香化合物驱动的微生物燃料电池（MFC）中分离出革兰氏阳性电活性菌Lysinibacillus macroides AP。通过构建双室MFC系统，发现该菌能以甲酸钠为底物实现424.59 mV放电电压和420.95 mW m?2功率密度，并揭示其依赖微生物纳米线的直接电子传递（EET）机制。更突破性地实现88.72%二苯并噻吩（DBT）降解与385.20 mW m?2同步发电，为环境污染治理与能源回收提供新策略。

　　

研究背景
多环芳香硫杂环化合物（PASHs）如二苯并噻吩（DBT）是化石燃料中的顽固污染物，其稳定的共振结构导致环境持久性和长距离迁移能力，引发酸雨、大气污染等全球性问题。传统物理化学处理方法存在高能耗、二次污染等缺陷，而微生物降解技术虽环保却多依赖革兰氏阴性菌。微生物燃料电池（MFC）作为新兴生物电化学系统，可通过电活性微生物（EAMs）的胞外电子传递（EET）实现污染物降解与能源转化双赢。然而，革兰氏阳性电活性菌的资源稀缺且EET机制不明，极大限制了其在环境修复中的应用潜力。

研究机构与方法
国内研究团队从芳香化合物驱动的MFC阳极室分离出一株新型革兰氏阳性电活性菌Lysinibacillus macroides AP，通过16S rDNA测序和生理生化鉴定确认其分类地位。采用双室MFC系统评估其以不同碳源（有机酸盐和单糖）为底物的发电性能，结合循环伏安法（CV）和扫描电镜（SEM）分析EET机制，并探究其对DBT的降解能力与同步发电效率。

研究结果
3.1 菌株鉴定与生长特性
分离菌株在LB平板上形成淡黄色光滑菌落，革兰氏染色呈紫色杆状（图1A-B）。16S rDNA序列分析与系统发育树显示其与Lysinibacillus macroides DSM 54高度同源但存在生理差异（图1C-D）。该菌在30°C、pH 7.0条件下生长最佳，5小时内即可进入对数期（图2C）。

3.3 碳源利用与发电性能
以2.0 g L^?1甲酸钠为底物时，MFC放电性能最优，最大电压424.59 mV，功率密度420.95 mW m^?2（图3A-B）。单糖中0.68 g L^?1果糖支持579.63 mV电压输出（图4C-D），但甲酸钠整体表现更优。

3.4 EET机制解析
CV分析未检测到内源性氧化还原介质（图5），但外源性介质如硫堇乙酸可短暂提升EET效率（图6C）。SEM显示阳极生物膜中菌体表面覆盖密集纳米线网络（图7-8），其丰度与放电效率正相关，暗示纳米线介导的直接EET途径。

3.5 DBT降解与能源回收
在含1.0 g L^?1 DBT的MSM中，MFC实现421.42 mV电压和385.20 mW m^?2功率密度（图9A-B），同时144小时内降解88.72% DBT（图9C），证实其污染物转化与能源生产双重功能。

结论与意义
该研究首次报道L. macroides AP作为革兰氏阳性电活性菌的生态功能，揭示其依赖纳米线的独特EET机制，突破传统认知中革兰氏阴性菌主导的MFC应用局限。研究成果为PASHs污染治理提供了兼具高效降解与能源回收的绿色解决方案，并为拓展电活性微生物资源库奠定理论基础。论文发表于《Engineering Microbiology》，标志着环境微生物电化学领域的重要进展。