工程微生物联盟生物混合系统,以高效地从细胞质生物质产生电力

科学领域:

• 生物电化学和可再生能源
• 微生物联盟工程 微生物联盟工程
• 生物技术和合成生物学

背景情况:

• 生物电催化系统 (BES) 为将纤维素酸转化为生物电力提供了一个有前途的途径,解决了环境和能源方面的挑战.
• 一个关键的局限性是电活性生物催化剂,如Shewanella oneidensis无法直接代谢纤维素蛋白,用于发电.

研究的目的:

• 开发一个人工微生物联盟,能够有效地从红纤维素化物产生电力.
• 设计特定的微生物菌株和生物混合系统,以增强基质利用和细胞外电子转移 (EET).

主要方法:

• 构建了一个由*Shewanella oneidensis*,*Lactococcus lactis*和*Bacillus subtilis*组成的人工微生物联盟.
• 经过基因工程改造的L. lactis用于乳酸生产,B. subtilis用于利博弗拉合成,S. oneidensis用于增强乳酸代谢和EET.
• 开发了一个3D微生物群生物混合系统 (*S*₇*L*₁*B*₁@CF&GO) 使用碳和石墨烯氧化物来改善界面EET并降低内部电阻.

主要成果:

• 工程联盟成功地将基纤维素化物转化为电力,其中S.oneidensis利用乳酸盐和利博弗拉.
• 基因改造显著改善了基质转化,利博黄素合成和乳酸代谢效率.
• 3D生物混合系统实现了大约739.40mW的最大功率密度.

结论:

• 人工微生物联盟和生物混合系统有效地使生物电从基纤维素化物产生.
• 这种方法扩大了S. oneidensis的基质范围,并为生物质的可持续能源生产提供了可行的战略.