Hemin-binding DNA structures on the surface of bacteria promote extracellular electron transfer

血红素 DNA 生物 生物物理学 细菌 电子转移 细胞外 血红素 生物化学 细胞生物学 化学 遗传学 光化学
作者
Obinna M. Ajunwa,Gabriel Antonio S. Minero,S. Jensen,Rikke Louise Meyer
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
卷期号:53 (15) 被引量:4
标识
DOI:10.1093/nar/gkaf790
摘要

Abstract Non-canonical DNA structures have been recently identified in bacterial biofilms, but their functional roles remain poorly understood. Here, we demonstrate that G-quadruplex (G4) DNA structures complexed with hemin enable extracellular electron transfer (EET) in biofilms. Using Staphylococcusepidermidis as a model organism, we show that extracellular DNA and hemin are essential for EET, with surface-associated G4-DNA/hemin complexes transferring electrons from bacteria to electrodes under anoxic conditions. Adding G4-DNA and hemin to growing biofilms promoted stable EET for days, demonstrating that these complexes serve as robust electrical conduits. The structural properties of G4-DNA, with its stacked guanine quartets facilitating π–π interactions with hemin’s porphyrin ring, create an effective electron transfer pathway. Additionally, the G4-DNA/hemin complex functions as a peroxidase-like DNAzyme, transferring electrons from bacteria to H2O2. This study reveals a previously unknown functional role for G4-DNA structures in biofilms, establishing them as components of bacterial EET. Our findings provide new insights into how non-canonical DNA structures contribute to bacterial energy conservation under oxygen limitation, and potentially also to their defense against oxidative stress during infection.
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