MoS2 Nanosheets–Cyanobacteria Interaction: Reprogrammed Carbon and Nitrogen Metabolism

蓝藻 发菜 二硫化钼 固碳 代谢途径 固氮 氮气循环 新陈代谢 生物 生物化学 化学 氮气 光合作用 材料科学 细菌 冶金 有机化学 遗传学
作者
Si Chen,Nibin Shi,Min Huang,Xianjun Tan,Xin Yan,Aodi Wang,Yuxiong Huang,Rong Ji,Dongmei Zhou,Yong‐Guan Zhu,Arturo A. Keller,Jorge L. Gardea‐Torresdey,Jason C. White,Lijuan Zhao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (10): 16344-16356 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c05656
摘要

Fully understanding the environmental implications of engineered nanomaterials is crucial for their safe and sustainable use. Cyanobacteria, as the pioneers of the planet earth, play important roles in global carbon and nitrogen cycling. Here, we evaluated the biological effects of molybdenum disulfide (MoS2) nanosheets on a N2-fixation cyanobacteria (Nostoc sphaeroides) by monitoring growth and metabolome changes. MoS2 nanosheets did not exert overt toxicity to Nostoc at the tested doses (0.1 and 1 mg/L). On the contrary, the intrinsic enzyme-like activities and semiconducting properties of MoS2 nanosheets promoted the metabolic processes of Nostoc, including enhancing CO2-fixation-related Calvin cycle metabolic pathway. Meanwhile, MoS2 boosted the production of a range of biochemicals, including sugars, fatty acids, amino acids, and other valuable end products. The altered carbon metabolism subsequently drove proportional changes in nitrogen metabolism in Nostoc. These intracellular metabolic changes could potentially alter global C and N cycles. The findings of this study shed light on the nature and underlying mechanisms of bio-nanoparticle interactions, and offer the prospect of utilization bio-nanomaterials for efficient CO2 sequestration and sustainable biochemical production.
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