大肠杆菌细胞外呼吸：厌氧能量代谢的新发现及潜在意义

为探究氧化还原穿梭体在细胞内的还原机制及其在细胞生物能学中的作用，研究人员开展了关于大肠杆菌（E. coli ）介导的细胞外电子转移（EET）机制和生物能学的研究。结果发现E. coli可利用 2 - 羟基 - 1,4 - 萘醌（HNQ）进行细胞外呼吸，还存在快速遗传适应。这揭示了一种新的厌氧能量代谢类型。

　　亮点：大肠杆菌（E. coli）能利用 2 - 羟基 - 1,4 - 萘醌（HNQ）进行高效的细胞外呼吸；HNQ 介导的大肠杆菌细胞外电子转移（EET）由硝基还原酶 NfsB 和 NfsA 促进；细胞外呼吸比发酵具有显著的生物能优势；短期适应导致了 OmpC 突变，使大肠杆菌能够在阳极上生长。总结：多种微生物利用氧化还原穿梭体，通过介导的细胞外电子转移（EET）与环境交换电子，以支持厌氧生存。尽管介导的 EET 已用于生物电催化数十年，但关于这些氧化还原穿梭体在细胞内如何被还原以及它们在细胞生物能学中的作用仍存在基本问题。在这里，研究人员整合基因组编辑、电化学和系统生物学方法，研究大肠杆菌（E. coli）中介导的 EET 的机制和生物能学，这一问题二十多年来一直未得到解答。在没有其他电子受体的情况下，通过细胞质硝基还原酶 NfsB 和 NfsA 对 2 - 羟基 - 1,4 - 萘醌（HNQ）进行氧化还原循环，使大肠杆菌能够在细胞外电极上进行呼吸。大肠杆菌在外膜孔蛋白 OmpC 上也表现出快速的遗传适应，增强了与生长相关的 HNQ 介导的 EET 水平。这项工作表明，大肠杆菌可以独立于经典的电子传递链和发酵进行生长，揭示了一种可能广泛存在的新型厌氧能量代谢。