Physiological potential of extracellular polysaccharide in promoting Geobacter biofilm formation and extracellular electron transfer

硫化地杆菌 生物膜 地杆菌 细胞外 菌毛 多糖 胞外聚合物 化学 微生物学 生物物理学 突变体 细胞生物学 电子转移 生物化学 生物 细菌 基因 有机化学 毒力 遗传学
作者
Zheng Zhuang,Guiqin Yang,Qijun Mai,Junhui Guo,Xing Liu,Zhuang Li
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:741: 140365-140365 被引量:74
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2020.140365
摘要

Geobacter sulfurreducens biofilms have promising applications in renewable energy, pollutant bioremediation, and bioelectronic applications. Genetically manipulating G. sulfurreducens biofilms is an effective strategy to improve the capacity of extracellular electron transfer (EET). Extracellular polysaccharide, a sticky component surrounding microbes, plays an important role in EET. Herein, we constructed a mutant of G. sulfurreducens strain PCA overexpressing the gene GSU1501 (part of the ATP-dependent exporter of the polysaccharide biosynthesis gene operon), designated strain PCA-1501, to increase EET capacity. Experimental results showed that the overexpression of GSU1501 increased extracellular polysaccharide secretion by 25.5%, which promoted the formation of biofilm with higher thickness and viability, as well as the content of extracellular c-type cytochromes. Compared with the control strain, the mutant showed a higher capacity of Fe(III) oxide reduction and current generation (increased by 20.4% and 22.2%, respectively). Interestingly, the overexpression of GSU1501 hindered the pili formation by reducing the transcription level of pilA; a compensatory relationship between extracellular polysaccharide and pili in promoting biofilm formation deserves further investigation. This study provides a feasible method to promote the EET capacity of G. sulfurreducens biofilms, which benefit their bioelectrochemical applications.

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