通过铁-碳微电解调控肉豆蔻酸生物合成：从电化学腐蚀到宏基因组调控

《ACS ES&T Engineering》：Orchestrating Caproate Biosynthesis through Iron–Carbon Microelectrolysis: From Electrochemical Corrosion and Metagenomic Regulation

　　

摘要

中链脂肪酸生物合成的链延长过程为有机废物的资源化利用提供了一种可持续的策略，但其效率受到微生物代谢活性不足的限制。为解决这一问题，本研究开发了一种具有铁碳微电解效应的铁碳复合材料。添加这种材料后，通过四种相互关联的机制，使用于己酸生物合成的碳流增加了27.3%。首先，铁阳极的电化学腐蚀促进了Fe²⁺的释放，从而增加了参与氧化磷酸化途径的铁依赖性酶的基因表达，提升了ATP合成和能量代谢的潜力。其次，碳阴极通过消耗H⁺来产生[H]，同时有助于关键氧化还原辅因子（费雷德氧素和NAD(P)H）的再生，并维持链延长系统中的pH值稳定。此外，宏基因组分析表明，添加铁碳材料后，有益的功能微生物（如Azotobacter_chroococcum和）数量增加，与链延长相关的酶基因也更为丰富。最后，铁碳材料还调控了ABC转运蛋白和群体感应机制，影响微生物对营养物质的吸收、细菌的趋化行为以及生物膜的形成，进而促进不同物种间的协作。本研究为理解铁碳材料介导的己酸生物合成的多层次调控机制提供了重要见解，也为在废物转化应用中优化己酸生物合成奠定了理论基础。