Extracellular riboflavin induces anaerobic biofilm formation in Shewanella oneidensis

舍瓦内拉 生物膜 黄素组 化学 生物化学 辅因子 电子受体 核黄素 黄蛋白 黄素腺嘌呤二核苷酸 群体感应 生物物理学 微生物学 细菌 生物 遗传学
作者
Miriam Edel,Gunnar Sturm,Katrin Richter,Michael Wagner,Julia Novion Ducassou,Yohann Couté,Harald Horn,Johannes Gescher
出处
期刊:Biotechnology for Biofuels [Springer Science+Business Media]
卷期号:14 (1) 被引量:42
标识
DOI:10.1186/s13068-021-01981-3
摘要

Abstract Background Some microorganisms can respire with extracellular electron acceptors using an extended electron transport chain to the cell surface. This process can be applied in bioelectrochemical systems in which the organisms produce an electrical current by respiring with an anode as electron acceptor. These organisms apply flavin molecules as cofactors to facilitate one-electron transfer catalyzed by the terminal reductases and in some cases as endogenous electron shuttles. Results In the model organism Shewanella oneidensis , riboflavin production and excretion trigger a specific biofilm formation response that is initiated at a specific threshold concentration, similar to canonical quorum-sensing molecules. Riboflavin-mediated messaging is based on the overexpression of the gene encoding the putrescine decarboxylase speC which leads to posttranscriptional overproduction of proteins involved in biofilm formation. Using a model of growth-dependent riboflavin production under batch and biofilm growth conditions, the number of cells necessary to produce the threshold concentration per time was deduced. Furthermore, our results indicate that specific retention of riboflavin in the biofilm matrix leads to localized concentrations, which by far exceed the necessary threshold value. Conclusion This study describes a new quorum-sensing mechanism in S. oneidensis . Biofilm formation of S. oneidensis is induced by low concentrations of riboflavin resulting in an upregulation of the ornithine-decarboxylase speC . The results can be applied for the development of strains catalyzing increased current densities in bioelectrochemical systems.

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