阐明合作性阳极生物膜结构的发展

科学领域:

• 微生物的电化学
• 生物膜工程是生物膜的工程.
• 可持续的生物经济.

背景情况:

• 微生物电化学系统 (MES) 转换化学和电能,为可持续的生物经济提供了希望.
• 优化生物膜性能和了解微生物合作性对于工业MES应用至关重要.
• 阳极生物电化学系统通常涉及多样化,相互作用的微生物物种.

研究的目的:

• 分析物种间的依赖性和合作性如何影响模拟微生物群落中的阳极生物膜发育.
• 在受控条件下研究单种和共同培养生物膜的空间发展和活动.

主要方法:

• 开发一种微流体生物电化学流动单元,用于空间分辨的生物膜分析.
• 使用光学连贯断层扫描对*Shewanella oneidensis*和*Geobacter sulfurreducens*的单种和共同培养生物膜进行监测.
• 光现场杂交 (FISH) 和活/死染色用于详细的生物膜结构和生命力分析.

主要成果:

• 与*S. oneidensis*和*G. sulfurreducens*共同种植,与单一培养相比,产生了更密集的生物膜.
• 一个生物膜架构的假设模型,其中*G. sulfurreducens*形成了一个传导矩阵,支持*S. oneidensis*殖民地,促进直接的物种间电子转移 (DIET).
• 鱼类分析表明,生物膜约占三分之二的 * G. sulfurreducens * ,形成一个导电网络与嵌入的 * S. oneidensis * 殖民地不与阳极直接接触.

结论:

• 跨物种的依赖性和合作性显著影响MES中的阳极生物膜架构和功能.
• 观察到的生物膜结构支持由微生物相互作用驱动的高效电子转移到阳极.
• 生物膜架构动态地适应过程条件,突出了社区动态对MES性能的重要性.