Long‐Term Autotrophic Growth and Solar‐to‐Chemical Conversion in Shewanella Oneidensis MR‐1 through Light‐Driven Electron Transfer

舍瓦内拉 电子转移 期限(时间) 化学 材料科学 环境科学 光化学 光电子学 物理 生物 细菌 天文 遗传学
作者
Yan Shi,Kejing Zhang,Jianxin Chen,Bingtian Zhang,Xun Guan,Xin Wang,Tong Zhang,Song Han,Long Zou,Xiangfeng Duan,Haichun Gao,Zhang Lin
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (51): e202412072-e202412072 被引量:19
标识
DOI:10.1002/anie.202412072
摘要

Members of the genus Shewanella are known for their versatile electron accepting routes, which allow them to couple decomposition of organic matter to reduction of various terminal electron acceptors for heterotrophic growth in diverse environments. Here, we report autotrophic growth of Shewanella oneidensis MR-1 with photoelectrons provided by illuminated biogenic CdS nanoparticles. This hybrid system enables photosynthetic oscillatory acetate production from CO2 for over five months, far exceeding other inorganic-biological hybrid system that can only sustain for hours or days. Biochemical, electrochemical and transcriptomic analyses reveal that the efficient electron uptake of S. oneidensis MR-1 from illuminated CdS nanoparticles supplies sufficient energy to stimulate the previously overlooked reductive glycine pathway for CO2 fixation. The continuous solar-to-chemical conversion is achieved by photon induced electric recycling in sulfur species. Overall, our findings demonstrate that this mineral-assisted photosynthesis, as a widely existing and unique model of light energy conversion, could support the sustained photoautotrophic growth of non-photosynthetic microorganisms in nutrient-lean environments and mediate the reversal of coupled carbon and sulfur cycling, consequently resulting in previously unknown environmental effects. In addition, the hybrid system provides a sustainable and flexible platform to develop a variety of solar products for carbon neutrality.
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