化石燃料的过度消费导致大量二氧化碳排放，从而导致气候恶化和环境污染。生物电化学系统（BES）利用电活性微生物（EAMs）在电极上的氧化还原反应，实现生物催化和电催化的有效结合，为生物修复、CO2固定以及能源和化学品生产提供了一种绿色可持续的替代方法。近日，天津大学Li Feng、Song Hao对利用合成生物学设计电活性微生物的细胞外电子转移途径进行了综述研究。
本文要点：
1) 作者回顾了过去十年中开发的用于工程EAMs的合成生物学策略，以提高细胞-电极界面的EET速率，从而促进电能和增值化学品的生产，其中包括在基因操作和编辑工具方面的进展，以实现EAMs的基因表达和敲除的有效调节。合成生物工程策略，以提高外电原到用于电力生产的阳极和用于化学品生产的阳极电发酵（AEF）的向外EET，包括（i）拓宽和加强底物利用，（ii）增加细胞内可释放还原当量，（iii）优化c型细胞色素（c-Cyts）的表达和成熟，（iv）增强导电纳米线的生物合成和修饰，（v）促进电子穿梭的生物合成、分泌和固定，（vi）设计全局调节因子以提高EET速率，（vii）促进生物膜的形成，以及（viii）构建细胞-材料杂化体。
2) 此外，向内EET的机制、CO2固定途径以及改善电营养细胞的向内EET以减少CO2和产生化学物质的工程策略，包括（i）编程电营养菌的代谢途径，（ii）重新布线生物电路以增强向内EET，以及（iii）通过细胞-材料杂化构建微生物（光）电合成。最后，作者对EET开发高效BES用于可持续能源和化学品生产的未来挑战和机遇进行了展望。
Junqi Zhang et.al Engineering extracellular electron transfer pathways of electroactive microorganisms by synthetic biology for energy and chemicals production Chem. Soc. Rev. 2023
DOI: 10.1039/D3CS00537B
https://doi.org/10.1039/D3CS00537B
