SSB┃【天津大学宋浩/李锋课题组(内附招贤信息)】工程电能细胞实现偶氮染料高效降解

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近日，天津大学宋浩/李锋课题组在Synthetic and Systems Biotechnology期刊在线发表了题为Engineering Shewanella carassii, a newly isolated exoelectrogen from activated sludge, to enhance methyl orange degradation and bioelectricity harvest的研究论文。

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文 章  摘 要

电活性微生物是活性污泥中重要的微生物种群之一，在废水资源化与能源化应用中发挥着核心作用。然而，目前已发现的产电微生物功率输出低，产电能力弱，限制了微生物燃料电池技术在工业上的应用，因此，筛选高效且环境适应性强的产电微生物是目前重要的任务之一。

图1 电能细胞的富集、筛选、鉴定、工程改造及应用

本研究为了实现MFC技术对有机污染物的高效降解并同时回收电能:

1）以污水处理厂的活性污泥为接种源构建微生物燃料电池，经过多周期循环富集，利用WO₃纳米簇探针从电池阳极中分离出一株高效产电微生物。通过对菌株进行16S rRNA序列分析，依据其形态、生理和生化特征，鉴定出该菌株为Shewanella carassii的亚种，命名为Shewanella carassii-D₅。电化学测定结果表明接种S. carassii-D₅的MFCs产生的最大功率密度为704.6mW/m²，是模式产电菌Shewanella oneidensis MR-1的5.6倍。

2）对菌株高电活性机制进行研究发现，S. carassii-D₅主要依赖形成较厚的生物膜和分泌少量的黄素类电子传递体实现高效的胞外电子传递过程。

3）为进一步提高菌株的电活性，利用合成生物学技术将Bacillus subtili中编码核黄素合成的核心基因簇（ribADEHC）引入S. carassii-D₅中，显著提升菌株的胞外电子传递速度。

4）进一步将工程菌株作为生物电催化剂，构建MFC系统，可以实现50mg/L的偶氮染料甲基橙MO高效降解，为开发含偶氮染料废水处理和生物发电技术提供技术基础。

文 章 信 息

文章标题

Engineering Shewanella carassii, a newly isolated exoelectrogen from activated sludge, to enhance methyl orange degradation and bioelectricity harvest

研究团队

Chi Yang#, Junqi Zhang#, Baocai Zhang, Dingyuan Liu, Jichao Jia, Feng Li*, Hao Song*

论文第一完成单位：天津大学化工学院

# 论文第一作者：杨池、张君奇

*  共同通讯作者：李锋、宋浩

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研究项目资助：

• 合成生物学重点研发专项 (2018YFA0901300)

• 国家自然科学基金面上项目 (32071411、32001034、21621004)

通讯作者介绍

• 宋浩 

• 天津大学化工学院教授

• 博士生导师

• 制药工程系系主任

• 研究领域：能量代谢与光电遗传学，生物制药与营养品生产

• 学术成就与荣誉：

• 入选国家万人计划科技创新领军人才

• 科技部中青年科技创新领军人才

• 科技部合成生物学重点研发专项首席科学家

• 中国生物工程学会合成生物学专业委员会副主任

• 在Nature Chemical Biology、Nature Communications、Energy Environmental Science、Angewandte Chemie、Chemical Society Reviews等期刊发表文章130多篇

• 李锋

• 天津大学化工学院助理教授

• 硕士生导师

• 研究领域：光电遗传学在物质、能量代谢中的应用

• 以第一/通讯作者在Nature Communications、ACS Catalysis、Biotechnology Advances、Water Research等期刊上发表过多篇论文。

课题组介绍及招贤信息

本实验室主要研究对象为电能细胞，开展半导体合成生物学和光电遗传学等能量代谢基础理论研究，及在能源环境、生物制药与营养品合成领域的工程应用研究。具体研究内容主要包括：

1）电能细胞及微生物电池：利用光电遗传学、半导体合成生物学、基因线路设计理论，构建电能细胞，实现在能源环境中的应用。

2）微生物光电合成：构建"细胞-酶-材料"人工光合系统，实现可再生电能及光能驱动的微生物CO₂生物还原、定向合成高附加值化学品和燃料；光-电驱动微生物高效固氮。

3）生物制药：工程微生物细胞合成药物，酶催化不对称药物合成，包括维生素、甾体药物、糖尿病治疗药物、抗病毒药物等医药及中间体的生物合成。

本实验室每年有多名博士生、硕士生招生名额，同时欢迎有志于在合成生物学、代谢工程、基因编辑、生物化学、分子生物学、酶催化、电催化等相关领域开展高水平研究的博士后申请加入。请直接E-mail联系：

宋浩[e-mail] 

李锋[e-mail]。

期 刊 介 绍

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ynthetic and Systems Biotechnology 是高质量国际开放获取期刊，创刊于2016年。期刊覆盖合成生物学、系统生物学以及生物医药等领域的各个方面。

Synthetic and Systems Biotechnology 发表的文章和期刊征稿活动将及时在公众号进行分享，欢迎学者们关注话题集#合成和系统生物技术（SSB），及时掌握期刊研究动态。

期刊现已被SCIE、EMBASE、PubMed Central、Scopus、CSCD等重要数据库收录。

• 2021年获得第一个影响因子：4.781，Q1区

• 2020CiteScore: 8.4，学科领域排名14/113

• 期刊入选2019年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目

• 期刊是中国生物工程学会合成生物学专业委员会的会刊

• 期刊是生物反应器工程国家重点实验室的官方期刊

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