Fungal–Mineral Interactions Modulating Intrinsic Peroxidase-like Activity of Iron Nanoparticles: Implications for the Biogeochemical Cycles of Nutrient Elements and Attenuation of Contaminants

化学 矿物 衰减 环境化学 纳米颗粒 污染 过氧化物酶 环境科学 生物地球化学 营养物 生物地球化学循环 生态学 生物化学 生物 材料科学 酶 纳米技术 物理 光学 有机化学
作者
Zhi‐Lai Chi,Guanghui Yu,Andreas A. Kappler,Cong‐Qiang Liu,Geoffrey Michael Gadd
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (1): 672-680 被引量:55
标识
DOI:10.1021/acs.est.1c06596
摘要

Fungal-mediated extracellular reactive oxygen species (ROS) are essential for biogeochemical cycles of carbon, nitrogen, and contaminants in terrestrial environments. These ROS levels may be modulated by iron nanoparticles that possess intrinsic peroxidase (POD)-like activity (nanozymes). However, it remains largely undescribed how fungi modulate the POD-like activity of the iron nanoparticles with various crystallinities and crystal facets. Using well-controlled fungal-mineral cultivation experiments, here, we showed that fungi possessed a robust defect engineering strategy to modulate the POD-like activity of the attached iron minerals by decreasing the catalytic activity of poorly ordered ferrihydrite but enhancing that of well-crystallized hematite. The dynamics of POD-like activity were found to reside in molecular trade-offs between lattice oxygen and oxygen vacancies in the iron nanoparticles, which may be located in a cytoprotective fungal exoskeleton. Together, our findings unveil coupled POD-like activity and oxygen redox dynamics during fungal-mineral interactions, which increase the understanding of the catalytic mechanisms of POD-like nanozymes and microbial-mediated biogeochemical cycles of nutrient elements as well as the attenuation of contaminants in terrestrial environments.
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