化石燃料的過度消費導致大量二氧化碳排放，從而導致氣候惡化和環境污染。生物電化學系統（BES）利用電活性微生物（EAMs）在電極上的氧化還原反應，實現生物催化和電催化的有效結合，為生物修復、CO2固定以及能源和化學品生產提供了一種綠色可持續的替代方法。近日，天津大學Li Feng、Song Hao對利用合成生物學設計電活性微生物的細胞外電子轉移途徑進行了綜述研究。
本文要點：
1) 作者回顧了過去十年中開發的用于工程EAMs的合成生物學策略，以提高細胞-電極界面的EET速率，從而促進電能和增值化學品的生產，其中包括在基因操作和編輯工具方面的進展，以實現EAMs的基因表達和敲除的有效調節。合成生物工程策略，以提高外電原到用于電力生產的陽極和用于化學品生產的陽極電發酵（AEF）的向外EET，包括（i）拓寬和加強底物利用，（ii）增加細胞內可釋放還原當量，（iii）優化c型細胞色素（c-Cyts）的表達和成熟，（iv）增強導電納米線的生物合成和修飾，（v）促進電子穿梭的生物合成、分泌和固定，（vi）設計全局調節因子以提高EET速率，（vii）促進生物膜的形成，以及（viii）構建細胞-材料雜化體。
2) 此外，向內EET的機制、CO2固定途徑以及改善電營養細胞的向內EET以減少CO2和產生化學物質的工程策略，包括（i）編程電營養菌的代謝途徑，（ii）重新布線生物電路以增強向內EET，以及（iii）通過細胞-材料雜化構建微生物（光）電合成。最后，作者對EET開發高效BES用于可持續能源和化學品生產的未來挑戰和機遇進行了展望。
Junqi Zhang et.al Engineering extracellular electron transfer pathways of electroactive microorganisms by synthetic biology for energy and chemicals production Chem. Soc. Rev. 2023
DOI: 10.1039/D3CS00537B
https://doi.org/10.1039/D3CS00537B
