95%以上!两双非院校联合,新发Nature子刊!

360影视 2025-01-14 10:32 2

摘要:2024年10月9日,青岛农业大学杨建明教授、青岛大学刘爱骅教授、西里西亚技术大学Serge Cosnier教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Efficient conversion of hemicellulose int

作为一种丰富的农林生物质资源,半纤维素由于膜和代谢调控的限制,很难被微生物有效降解和利用。

2024年10月9日,青岛农业大学杨建明教授、青岛大学刘爱骅教授、西里西亚技术大学Serge Cosnier教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Efficient conversion of hemicellulose into high-value product and electric power by enzyme-engineered bacterial consortia》的研究论文,青岛农业大学梁波副教授为论文第一作者,杨建明教授、刘爱骅教授、Serge Cosnier教授为论文共同通讯作者。

杨建明,青岛农业大学生命科学学院教授。其主要研究方向为微生物传感机制及开发利用、光合固碳产能关键技术研究、植烟土壤品质改良提升研究,主持国家级项目6项,发明专利37件,已在Biotechnology Advances等著名期刊发表SCI论文61篇。

刘爱骅,青岛大学生命科学学院教授,化学生物学与生物传感研究所所长。2004年获日本东北大学药学博士学位,2004-2010年先后在日本产业技术综合研究所、美国密歇根州立大学、俄克拉荷马大学及德克萨斯大学从事研究工作。2010-2016年加入中科院青岛生物能源与过程研究所。2016年被引进到青岛大学工作。

刘爱骅教授长期从事微生物、多肽和酶的研发,及其在生化分析与生物传感、大健康与食品安全、生物燃料电池等方面的应用研究。截至2019年12月,他已在 Journal of the American Chemical Society、Chemical Reviews、Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition、Journal of Molecular Biology、Bioresource Technology、Analytical Chemistry、Biosensors & Bioelectronics、Antiviral Research等国际顶级期刊上发表SCI论文110余篇,其中通讯作者或一作论文80多篇,h指数39。

在此,作者报道了一种合成的细胞外代谢途径,其中半纤维素降解酶作为工程细菌菌群成员可控地展示在大肠杆菌表面,以有效利用半纤维素中最丰富的成分木聚糖。

此外,研究人员开发了一种半纤维素/O2微生物燃料电池(MFC),其由基于酶工程细菌菌群的生物负极和基于细菌展示漆酶的生物正极构成。

优化后的MFC的开路电压为0.71V,最大功率密度(Pmax)为174.33±4.56 μW cm-2。同时,在这种半纤维素补料MFC中产生了46.6%(w/w)的α-酮戊二酸。更重要的是,MFC在6天的运行过程中保持了95%以上的Pmax。

因此,该工作建立了一种有效且可持续的一锅法,以环保的方式催化可再生生物质转化为高价值产品和电力。

图1:由细菌表面展示酶催化的木聚糖的糖化和氧化路径

图2:工程细菌菌群的比例和成分优化

图3:MFC中的电子传递路线和催化反应

图4:在MFC中整合工程细菌菌群以产生电力

图5:MFC性能的优化

图6:由玉米芯半纤维素分数驱动的MFC的长期电力生成

综上,这篇论文是关于将半纤维素高效转化为高附加值产品和电能的研究。研究者们通过在大肠杆菌表面可控展示半纤维素降解酶,构建了一种合成的胞外代谢途径,这些工程细菌菌群成员能够有效地利用半纤维素中含量最丰富的成分——木聚糖。此外,作者还开发了一种基于酶工程细菌菌群的生物负极和基于细菌展示漆酶的生物阴极的半纤维素/O2微生物燃料电池(MFC)。

该研究提供了一种将农业和林业生物质资源转化为有用能源和化学品的新方法。通过利用合成生物学和代谢工程的手段,研究者们能够提高半纤维素的利用效率,并开发出一种新型的生物能源系统。这种方法不仅能够促进生物质资源的高值化利用,还有助于减少对化石能源的依赖,对实现可持续发展和环境保护具有重要意义。

这项技术可以应用于生物质能源生产、化学品合成以及环境保护等多个领域,同时也可以在废水处理和生物质废料的资源化利用中发挥作用。随着技术的进一步发展和优化,这种方法有望在未来的生物经济中发挥重要作用。

Liang, B., Yang, J., Meng, CF. et al. Efficient conversion of hemicellulose into high-value product and electric power by enzyme-engineered bacterial consortia. Nat. Commun.15, 8764 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53129-0.

来源:华算科技

相关推荐