Enhancing direct interspecies electron transfer in syntrophic-methanogenic associations with (semi)conductive iron oxides: Effects and mechanisms

产甲烷 化学 电子转移 厌氧消化 氧化还原 微生物 电子受体 电子传输链 细菌 甲烷 环境化学 无机化学 生物化学 生物 光化学 有机化学 遗传学
作者
Hui Xu,Jingjing Chang,Han Wang,Yancheng Liu,Xiaoyuan Zhang,Peng Liang,Xia Huang
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:695: 133876-133876 被引量:83
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.133876
摘要

Anaerobic digestion is an effective biological treatment process that produces methane by degrading organic compounds in waste/wastewater. It is a complicated microbial process by metabolic interactions among different types of microorganisms. In this process, efficient interspecies electron transfer between secondary fermenting bacteria and methanogens is the critical process for fast and effective methanogenesis. In syntrophic metabolism, hydrogen or formate has been considered as the conventional electron carrier transferring electrons from secondary fermenting bacteria to hydrogenotrophic methanogens. Recently, direct interspecies electron transfer (DIET) without the involvement of dissolved redox mediators is arousing great concerns and has been regarded as a more efficient and thermodynamically favorable interspecies electron transfer pathway for methanogenesis. Interspecies electron exchange through DIET is accomplished via the membrane-bound cytochromes or conductive pili. Several kinds of exogenously-added conductive or semiconductive iron oxides have been discovered to greatly enhance anaerobic methanogenesis through promoting DIET. Different (semi)conductive iron oxides give a boost to DIET through different mechanisms based on the physicochemical properties of the iron oxides and the reciprocal interactions between iron oxides and functional microorganisms. In this review, the current understanding of interspecies electron transfer in syntrophic-methanogenic consortions is summarized, the effects and deep-rooted mechanisms of (semi)conductive iron oxides on methanogenesis and DIET are discussed, and possible future perspectives and development directions are suggested for DIET via (semi)conductive iron oxides in anaerobic digestion.
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