Cell：胞外细胞色素纳米线普遍存在于原核生物

从俄克拉何马州一条被污染的沟渠中分离出的一种地杆菌有一种不同寻常的附属物——一根可以导电的细胞外纳米线。纳米线中的电子传递链将细菌中的电子传递到一个不溶性的外部电子受体，以帮助微生物产生能量。这种微米级的远程电子转移被认为在早期地球上的微生物代谢中起着重要作用。现在研究人员报告说，这种由细胞色素蛋白长链组成的纳米线似乎在原核微生物中普遍存在——无论是在细菌中还是在古生菌中。

　　

近日，福建农林大学资源与环境学院Christopher Rensing教授与巴黎城市大学Diana P. Baquero和Virginija Cvirkaite-Krupovic教授、美国阿拉巴马大学伯明翰分校王冯斌教授共同在《Cell》上发表题为“Extracellular cytochrome nanowires appear to be ubiquitous in prokaryotes”的研究论文。

论文发表截图

在缺氧环境中，微生物将胞内代谢产生的电子传输给距离遥远且不溶的终端电子受体，驱动着碳氮循环、温室气体排放、污染物降解等关键生物地球化学循环。其中，胞外细胞色素纳米导线（Extracellular cytochrome nanowires，ECNs）被认为是连接微生物与胞外受体之间的“桥梁”。硫还原地杆菌（Geobacter sulfurreducens）作为了解导电细胞外纳米线的结构和功能的模式菌株，已被证明至少含有三种ECNs：OmcS，OmcE，OmcZ。然而目前没有证据表明在G. sulfurreducens以外存在ECNs。

该研究借助冷冻电镜技术，测定了深海热液喷口和陆地温泉中的两种嗜高温古菌（Pyrobaculum calidifontis，Archaeoglobus veneficus）ECNs的原子结构。首次证实ECNs不仅存在于G. sulfurreducens，而是存在于依赖长程电子传递进行代谢的细菌和古菌中。另外，该研究推测ECNs含有紧密堆叠的血红素广泛参与了原核生物的中长距离电子转移过程。该研究成果对理解原核生物在不利环境中的生存有重要意义，同时也为ECNs在生物合成、环境修复、新材料等领域的应用提供理论支撑。

原文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00531-7