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Nitrogen-doped carbon dots boost microbial electrosynthesis via efficient extracellular electron uptake of acetogens
Bioresource Technology ( IF 9.7 ) Pub Date : 2024-09-01 , DOI: 10.1016/j.biortech.2024.131390 Jiaping Hu 1 , Cuiping Zeng 2 , Guangli Liu 1 , Haiping Luo 1
Bioresource Technology ( IF 9.7 ) Pub Date : 2024-09-01 , DOI: 10.1016/j.biortech.2024.131390 Jiaping Hu 1 , Cuiping Zeng 2 , Guangli Liu 1 , Haiping Luo 1
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This study investigated the molecular mechanism behind the highly efficient performance of nitrogen-doped carbon dots (NCDs)-assisted microbial electrosynthesis systems (MESs). The impact of NCDs (C:N precursor = 1:0.5–1:3) on acetogens was examined in the biocathode. The highest electrocatalytic performance was observed with NCDs1:1 . The maximum acetate production rate of 1.9 ± 0.1 mM d−1 was achieved in NCDs1:1 - modified MESs, which was 26.7–216.7 % higher than other MESs (0.6–1.5 mM d−1 ). With NCDs1:1 modified, the biocathode exhibited a 129.3–186.8 % increase in the abundance of Sporomusa , and 38.5–104.6 % increase in cytochrome expression (cydAB , cybH ). Transcriptome confirmed that cytochromes played a crucial role in the extracellular electron uptake (EEU) of NCDs1:1 -modified Sporomusa . NCDs1:1 enhanced EEU efficiency, thereby increasing the two H+ -pumping steps and accelerating microbial CO2 fixation. These results provide valuable insights into increasing CO2 fixation by maximizing EEU efficiency in acetogens.
中文翻译:
氮掺杂碳点通过有效的细胞外电子摄取产乙酸促进微生物电合成
本研究调查了氮掺杂碳点(NCD)辅助微生物电合成系统(MES)高效性能背后的分子机制。在生物阴极中检查了 NCD(C:N 前体 = 1:0.5–1:3)对产乙酸菌的影响。 NCDs1:1 观察到最高的电催化性能。 NCDs1:1 修饰的 MES 实现了 1.9 ± 0.1 mM d−1 的最大乙酸生产率,比其他 MES (0.6–1.5 mM d−1) 高 26.7–216.7%。经过 NCDs1:1 修饰后,生物阴极的 Sporomusa 丰度增加了 129.3–186.8%,细胞色素表达(cydAB、cybH)增加了 38.5–104.6%。转录组证实细胞色素在 NCDs1:1 修饰的孢子虫的细胞外电子摄取 (EEU) 中发挥着至关重要的作用。 NCDs1:1 提高了 EEU 效率,从而增加了两个 H+ 泵送步骤并加速了微生物 CO2 固定。这些结果为通过最大限度地提高产乙酸剂中的 EEU 效率来增加二氧化碳固定提供了宝贵的见解。
更新日期:2024-09-01
中文翻译:
氮掺杂碳点通过有效的细胞外电子摄取产乙酸促进微生物电合成
本研究调查了氮掺杂碳点(NCD)辅助微生物电合成系统(MES)高效性能背后的分子机制。在生物阴极中检查了 NCD(C:N 前体 = 1:0.5–1:3)对产乙酸菌的影响。 NCDs1:1 观察到最高的电催化性能。 NCDs1:1 修饰的 MES 实现了 1.9 ± 0.1 mM d−1 的最大乙酸生产率,比其他 MES (0.6–1.5 mM d−1) 高 26.7–216.7%。经过 NCDs1:1 修饰后,生物阴极的 Sporomusa 丰度增加了 129.3–186.8%,细胞色素表达(cydAB、cybH)增加了 38.5–104.6%。转录组证实细胞色素在 NCDs1:1 修饰的孢子虫的细胞外电子摄取 (EEU) 中发挥着至关重要的作用。 NCDs1:1 提高了 EEU 效率,从而增加了两个 H+ 泵送步骤并加速了微生物 CO2 固定。这些结果为通过最大限度地提高产乙酸剂中的 EEU 效率来增加二氧化碳固定提供了宝贵的见解。