只要改造一下細胞的結構，就可讓電能細胞微生物“發(fā)電熱情”高漲，效率倍增，吞噬更多垃圾并將其變廢為寶?日前，新一期《自然·通訊》雜志在線發(fā)表了天津大學化工學院宋浩教授團隊的最新研究成果。這一研究解開了微生物電化學領域的重要科學難題，為提高電能微生物細胞的胞外電子傳遞效率，推動電能細胞微生物“變廢為寶”產業(yè)化應用提供了可行思路。

據介紹，微生物電催化過程是電能細胞借助細胞充放電等與外界環(huán)境進行雙向電子和能量交換過程，其在能源、環(huán)境、化工、軍事等領域具有廣泛應用前景。這一過程可實現環(huán)境能源領域“變廢為寶”應用，比如促使有機廢棄物降解和電能回收的微生物燃料電池、用于處理畜牧業(yè)、釀造業(yè)及食品加工業(yè)廢水制氫的微生物電解池、用于還原二氧化碳，合成高附加值精細化學品的微生物電合成等。

以電能細胞為主導的微生物電催化系統(tǒng)(微生物產電、微生物電合成、微生物非平衡電發(fā)酵等)，作為一種新型綠色新能源生產方式正嶄露頭角。目前，細胞電子傳遞效率過低，成為限制電能細胞微生物產業(yè)化應用的最大瓶頸。如何利用電能細胞高效率發(fā)電，成為科學家們迫不及待想要解決的難題。宋浩團隊采用合成生物學模塊化工程改造細胞策略，對希瓦氏菌進行了系統(tǒng)的代謝優(yōu)化與重構，改造了其遺傳基因。“我們發(fā)現電能細胞內‘電子池’的容量大小是限制胞外電子傳遞速率的關鍵因素。”宋浩將細胞的電子載體NAD+比作細胞內部“電池”，其容量大小直接影響細胞的產電效率。實驗還證明，通過提高胞內電子載體NAD+總量，強化底物消耗速率，可顯著提升細胞電子傳遞速率，進而可刺激電能細胞微生物更加高效地“投入工作”。