近日，广东省科学院微生物研究所联合丹麦、比利时及国内的多个研究团队共同开展的水环境微生物长距离电子传递网络研究取得重要进展。相关研究成果以“Long-distance electron transfer in a filamentous Gram-positive bacterium”为题在《自然·通讯》(Nature Communications)上在线发表。

L. varians与Geobacter和cable bacteria两种长距离电子传递模式菌的特征比较。

  自然界中的一些微生物(如cable bacteria和Geobacter)可以通过合成纳米导线与环境介质及其它微生物进行长距离电子传递及种间电子传递。这些反应在环境中普遍存在，并且通常相互耦联形成长距离电子传递网络，对元素的生物地球化学循环、污染物降解转化等过程产生重要影响。但是，目前已发现的可以合成纳米导线进行长距离电子传递的细菌资源极其缺乏，且均为革兰氏阴性菌，而对于环境中广泛存在且发挥重要作用的革兰氏阳性菌的这一功能作用一直没有答案。

  该研究发现，一株分离自电子垃圾污染河流沉积物的长线形革兰氏阳性菌Lysinibacillus varians GY32可以在采用培养液或沉积物构建的生物电化学系统中产出电能。在产电过程中，菌株GY32的细胞进一步伸长（单个细胞长度可超过1 mm），并围绕电极相互缠绕，形成厘米尺度的细胞网络。导电测试发现，菌株GY32聚集形成的细胞网络具有良好的导电特性。通过原子力显微镜和微电极阵列的测试发现，这一导电细胞网络中的细胞是绝缘的，但细胞周身会合成长度可达十几微米的蛋白纳米线，这些蛋白纳米线具有明显的导电性，是GY32细胞网络导电的关键组分。

该研究首次发现了革兰氏阳性细菌通过纳米导线形成长距离电子传递网络，为全面认识自然环境中的微生物长距离电子传递网络提供了重要补充。此外，菌株GY32这种单个细胞长度超过1 mm、且包含多个核区的细胞形态也拓展了人们对细菌形态和分裂机制的认识。