Colony-Based Electrochemistry Reveals Electron Conduction Mechanisms Mediated by Cytochromes and Flavins in Shewanella oneidensis

舍瓦内拉 电子转移 希瓦氏菌属 黄素组 生物膜 化学 电子传输链 电子受体 电极 细菌 生物物理学 微生物学 生物化学 生物 光化学 遗传学 物理化学
作者
Yoshihide Tokunou,Hiromasa Tongu,Yugo Kogure,Akihiro Okamoto,Masanori Toyofuku,Nobuhiko Nomura
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (10): 4670-4679 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c00007
摘要

Bacteria utilize electron conduction in their communities to drive their metabolism, which has led to the development of various environmental technologies, such as electrochemical microbial systems and anaerobic digestion. It is challenging to measure the conductivity among bacterial cells when they hardly form stable biofilms on electrodes. This makes it difficult to identify the biomolecules involved in electron conduction. In the present study, we aimed to identify c-type cytochromes involved in electron conduction in Shewanella oneidensis MR-1 and examine the molecular mechanisms. We established a colony-based bioelectronic system that quantifies bacterial electrical conductivity, without the need for biofilm formation on electrodes. This system enabled the quantification of the conductivity of gene deletion mutants that scarcely form biofilms on electrodes, demonstrating that c-type cytochromes, MtrC and OmcA, are involved in electron conduction. Furthermore, the use of colonies of gene deletion mutants demonstrated that flavins participate in electron conduction by binding to OmcA, providing insight into the electron conduction pathways at the molecular level. Furthermore, phenazine-based electron transfer in Pseudomonas aeruginosa PAO1 and flavin-based electron transfer in Bacillus subtilis 3610 were confirmed, indicating that this colony-based system can be used for various bacteria, including weak electricigens.
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