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        近日，厦门大学化学化工学院王远鹏教授和曹名锋教授研究团队在代谢工程领域国际著名期刊《Metabolic Engineering》在线发表了题为“Metabolic regulation of Shewanella oneidensis for microbial electrosynthesis: From extracellular to intracellular”的研究论文，通过分析希瓦氏菌（Shewanella oneidensis MR-1）在微生物电合成（MES）过程的基因表达情况，过表达潜在目的基因，并通过串联表达各模块的关键基因，进而构建高产甲酸的S. oneidensis MR-1菌株。

将CO₂转化为有机物是解决当前气候问题的一项重要战略，而微生物电合成（MES）被认为是最有前途的CO₂转化途径之一，这种策略相较于电化学合成更有可能产生二碳以上的多碳化合物。Shewanella是进行MES的理想菌株，因为其具有多样化且高效的胞外电子传递途径。目前，阻碍Shewanella进行MES应用的问题主要有两个，即（1）整个MES过程电子传递效率低下，导致目标产物-甲酸的产量偏低；（2）对MES过程的胞外电子摄取和胞内CO₂转化的作用机制，仍然缺乏足够的认识。

该项工作对MES中S. oneidensis MR-1参与胞外电子摄取和胞内CO₂转化过程相关基因进行表达水平检测，筛选出潜在的关键基因，并对这些基因过表达以进一步鉴定。结果表明，在胞外电子摄取部分，关键基因认定为mtrB、mtrC、mtrD、mtrE、omcA和cctA，其过表达菌株的甲酸产率比野生型菌株高1.5-2.1倍；而胞内CO₂转化过程部分中，nadE、nadD、nadR、nadV、pncC、petC、fdhA1、fdhB1和fdhX1的过表达使甲酸产率提高了1.3-3.4倍。为了进一步提高甲酸产率，该研究将关键基因cctA、fdhA1和nadV进行串联表达，使甲酸产率达到3.50 mmol/（L·μg protein），为野生型的5.59倍。以上结果推断，S. oneidensis MR-1进行MES机制为：源于电极的胞外电子通过MR-1中Mtr途径的部分细胞色素c传递至胞内，用于ATP和NADH合成，之后ATP、NADH、电子和CO₂协同在甲酸脱氢酶中合成甲酸。该研究为S. oneidensis MR-1的MES作用机制在分子层面提供了新的见解，为代谢改造S. oneidensis MR-1提高MES效率及合成其他化合物奠定基础。

论文以厦门大学化学化工学院为第一完成单位，博士生李逸鑫和广西大学助理教授罗青柳为论文共同第一作者，王远鹏教授和曹名锋教授为共同通讯作者。三明学院董国文教授以及厦门大学-三明学院联培研究生苏佳莹也参与了部分工作。论文中相关研究工作得到国家重点研发计划（2022YFC2106000），国家自然科学基金（22038012、42077030、32271477），福建省自然科学基金（2020NZ012015、2020Y4002）和中央高校基本科研业务费（20720190001、20720220012）的资助。