Engineering bionanoreactor in bacteria for efficient hydrogen production

细菌 制氢 生产(经济) 生化工程 化学 生物 微生物学 生物技术 计算生物学 工程类 遗传学 有机化学 经济 宏观经济学
作者
Weiming Tu,Ian P. Thompson,Wei E. Huang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (29) 被引量:4
标识
DOI:10.1073/pnas.2404958121
摘要

Hydrogen production through water splitting is a vital strategy for renewable and sustainable clean energy. In this study, we developed an approach integrating nanomaterial engineering and synthetic biology to establish a bionanoreactor system for efficient hydrogen production. The periplasmic space (20 to 30 nm) of an electroactive bacterium, Shewanella oneidensis MR-1, was engineered to serve as a bionanoreactor to enhance the interaction between electrons and protons, catalyzed by hydrogenases for hydrogen generation. To optimize electron transfer, we used the microbially reduced graphene oxide (rGO) to coat the electrode, which improved the electron transfer from the electrode to the cells. Native MtrCAB protein complex on S. oneidensis and self-assembled iron sulfide (FeS) nanoparticles acted in tandem to facilitate electron transfer from an electrode to the periplasm. To enhance proton transport, S. oneidensis MR-1 was engineered to express Gloeobacter rhodopsin (GR) and the light-harvesting antenna canthaxanthin. This led to efficient proton pumping when exposed to light, resulting in a 35.6% increase in the rate of hydrogen production. The overexpression of native [FeFe]-hydrogenase further improved the hydrogen production rate by 56.8%. The bionanoreactor engineered in S. oneidensis MR-1 achieved a hydrogen yield of 80.4 μmol/mg protein/day with a Faraday efficiency of 80% at a potential of −0.75 V. This periplasmic bionanoreactor combines the strengths of both nanomaterial and biological components, providing an efficient approach for microbial electrosynthesis.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Pipper发布了新的文献求助10
刚刚
刚刚
Sean完成签到,获得积分10
2秒前
poppy发布了新的文献求助20
2秒前
大模型应助山鲁佐德采纳,获得10
2秒前
荣念云发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
浅尝离白完成签到,获得积分0
5秒前
5秒前
威威酱油公司完成签到 ,获得积分10
5秒前
5秒前
hopyyi驳回了Ava应助
6秒前
薛洁洁完成签到 ,获得积分10
7秒前
勤劳滑板完成签到,获得积分10
7秒前
彭于晏应助木头采纳,获得10
8秒前
科研通AI2S应助活力灵波采纳,获得10
8秒前
真的困完成签到,获得积分10
8秒前
完美世界应助lam采纳,获得10
9秒前
10秒前
Xdz发布了新的文献求助10
11秒前
12秒前
12秒前
大力日记本完成签到,获得积分20
13秒前
小遇完成签到 ,获得积分10
14秒前
15秒前
草拟大坝完成签到 ,获得积分0
16秒前
gyx发布了新的文献求助10
17秒前
poppy完成签到,获得积分10
18秒前
浮三白完成签到,获得积分10
18秒前
18秒前
FashionBoy应助Roypeng采纳,获得10
19秒前
Aqua完成签到,获得积分10
20秒前
凌寒233完成签到 ,获得积分10
20秒前
Howard_Lin关注了科研通微信公众号
21秒前
zhengkuang完成签到,获得积分10
22秒前
孙铭泽发布了新的文献求助10
22秒前
hong完成签到,获得积分20
23秒前
阳光的寒凡完成签到,获得积分10
24秒前
25秒前
余烬22应助叶95采纳,获得10
25秒前
高分求助中
The late Devonian Standard Conodont Zonation 2000
The Lali Section: An Excellent Reference Section for Upper - Devonian in South China 1500
Nickel superalloy market size, share, growth, trends, and forecast 2023-2030 1000
Smart but Scattered: The Revolutionary Executive Skills Approach to Helping Kids Reach Their Potential (第二版) 1000
Mantiden: Faszinierende Lauerjäger Faszinierende Lauerjäger 800
PraxisRatgeber: Mantiden: Faszinierende Lauerjäger 800
A new species of Coccus (Homoptera: Coccoidea) from Malawi 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3245645
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2889398
关于积分的说明 8257916
捐赠科研通 2557696
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1386434
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 650327
邀请新用户注册赠送积分活动 626641