Altering the Biotransformation Fate of Mercury by Coordinating Respiratory, Electron Flow, and Trapping Module

生物转化 俘获 Mercury(编程语言) 环境化学 环境修复 生物修复 化学 氧化还原 人体净化 硒化物 生物催化 生物反应器 氧阴离子 三硝基甲苯 电子转移 电子传输链 纳米技术 纳米颗粒 胞外聚合物 生物吸附 组合化学 环境友好型 生化工程 资源回收 废水 细胞外 生物降解 细胞内 苯并菲 电化学 生物矿化 生物累积
作者
Yuting Wang,Zhenghao Li,Sheng-Lan Gong,Jun Jiang,Yulu Jiang,Yong Guan,Zhao Wu,Gang Liu,Yangchao Tian,Li‐Jiao Tian
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (37): 19921-19931
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c08193
摘要

Dissimilatory metal-reducing bacteria (DMRB) have the talent to convert mercury ions (Hg2+) into elemental mercury (Hg0). Here, we shed light on the directed biomineralization of Hg2+ into mercury selenide (HgSe), which is a promising environmental sink for Hg with minimal ecological risk. This process displays a controlled subcellular localization, improved efficiency, and redistribution of Hg species through the coordination of three modules, including reinforced respiratory, reconfigured electron flow, and anchored trap in Shewanella oneidensis MR-1, a model DMRB. By supplementing redox substance, we first construct a golden Hg2+ capture system, that is S. oneidensis-Se0 hybrid. Redox substance triggers a transition from intracellular selenite reduction to extracellular biosynthesis of Se0 nanoparticles (NPs), resulting in a notably increased yield of Se0 NPs. Importantly, this hybrid alters the biotransformation fate of Hg2+, enabling the efficient formation of less toxic HgSe nanoparticles and decreasing the percentage of volatile Hg0. Such a biological decontamination process relies on sufficient bioelectron donation, unimpeded electron channels, and highly effective Hg2+ traps, all of which can be initiated, directed, and coordinated by the redox-active compound. The resulting S. oneidensis-Se0 hybrid is feasible to scale up for the depuration of Hg2+ in artificial wastewater by using a membrane bioreactor (MBR). Our work provides an integrated strategy for designing biological capture to immobilize Hg2+, offering fundamental guidance to improve biotechnologies in environmental remediation and resource recovery.
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