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NADH dehydrogenases Nuo and Nqr1 contribute to extracellular electron transfer by Shewanella oneidensis MR-1 in bioelectrochemical systems.
Scientific Reports ( IF 3.8 ) Pub Date : 2019-10-18 , DOI: 10.1038/s41598-019-51452-x Cody S Madsen 1 , Michaela A TerAvest 2
Scientific Reports ( IF 3.8 ) Pub Date : 2019-10-18 , DOI: 10.1038/s41598-019-51452-x Cody S Madsen 1 , Michaela A TerAvest 2
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Shewanella oneidensis MR-1 is quickly becoming a synthetic biology workhorse for bioelectrochemical technologies due to a high level of understanding of its interaction with electrodes. Transmembrane electron transfer via the Mtr pathway has been well characterized, however, the role of NADH dehydrogenases in feeding electrons to Mtr has been only minimally studied in S. oneidensis MR-1. Four NADH dehydrogenases are encoded in the genome, suggesting significant metabolic flexibility in oxidizing NADH under a variety of conditions. A strain lacking the two dehydrogenases essential for aerobic growth exhibited a severe growth defect with an anode (+0.4 VSHE) or Fe(III)-NTA as the terminal electron acceptor. Our study reveals that the same NADH dehydrogenase complexes are utilized under oxic conditions or with a high potential anode. Our study also supports the previously indicated importance of pyruvate dehydrogenase activity in producing NADH during anerobic lactate metabolism. Understanding the role of NADH in extracellular electron transfer may help improve biosensors and give insight into other applications for bioelectrochemical systems.
中文翻译：
NADH脱氢酶Nuo和Nqr1在生物电化学系统中通过Shewanella oneidensis MR-1促进细胞外电子转移。
由于对沙瓦氏菌与电极的相互作用的高度了解，Shewanella oneidensis MR-1正迅速成为生物电化学技术的合成生物学主力军。通过Mtr途径的跨膜电子转移已得到很好的表征，但是，在拟南芥MR-1中对NADH脱氢酶在将电子馈入Mtr中的作用仅进行了最少的研究。基因组中编码了四种NADH脱氢酶，表明在多种条件下氧化NADH时具有显着的代谢灵活性。缺乏有氧生长必需的两种脱氢酶的菌株表现出严重的生长缺陷，阳极（+0.4 VSHE）或Fe（III）-NTA作为末端电子受体。我们的研究表明，相同的NADH脱氢酶复合物可在有氧条件下或具有高电位阳极的条件下使用。我们的研究还支持丙酮酸脱氢酶活性在需氧乳酸代谢过程中产生NADH中的重要性。了解NADH在细胞外电子转移中的作用可能有助于改善生物传感器，并深入了解生物电化学系统的其他应用。
更新日期：2019-10-19
中文翻译：
NADH脱氢酶Nuo和Nqr1在生物电化学系统中通过Shewanella oneidensis MR-1促进细胞外电子转移。
由于对沙瓦氏菌与电极的相互作用的高度了解，Shewanella oneidensis MR-1正迅速成为生物电化学技术的合成生物学主力军。通过Mtr途径的跨膜电子转移已得到很好的表征，但是，在拟南芥MR-1中对NADH脱氢酶在将电子馈入Mtr中的作用仅进行了最少的研究。基因组中编码了四种NADH脱氢酶，表明在多种条件下氧化NADH时具有显着的代谢灵活性。缺乏有氧生长必需的两种脱氢酶的菌株表现出严重的生长缺陷，阳极（+0.4 VSHE）或Fe（III）-NTA作为末端电子受体。我们的研究表明，相同的NADH脱氢酶复合物可在有氧条件下或具有高电位阳极的条件下使用。我们的研究还支持丙酮酸脱氢酶活性在需氧乳酸代谢过程中产生NADH中的重要性。了解NADH在细胞外电子转移中的作用可能有助于改善生物传感器，并深入了解生物电化学系统的其他应用。
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