近日，PA视讯平台隆曦孜教授在希瓦氏菌（Shewanella）胞外电子传递机制及其在环境与健康交叉领域的应用方面取得重要系列进展。研究团队围绕Shewanella胞外电子传递这一核心共性，深入探讨了其在微观机制、环境修复和疾病治疗中的创新应用，相关研究成果分别发表在国际权威学术期刊Journal of the American Chemical Society（IF=15.6，中科院1区，自然指数期刊）、Environmental Science and Ecotechnology（IF=14.3，中科院1区）以及Journal of Controlled Release（IF=11.5，中科院1区）。
（1）揭示Shewanella生物膜电子传导的限速机制
Shewanella生物膜的电子传递的微观机制一直缺乏清晰认识。传统观点大多聚焦于细胞色素蛋白内部的电子传递。研究团队创新性地将目光转向蛋白间的相互作用，通过基因编辑技术和控制细胞外膜流动性，证实了外膜十血红素细胞色素蛋白（OmcA与MtrC）在膜表面的扩散与碰撞是决定生物膜电子传导动力学的限速步骤。
该研究打破了过往的认知局限，并发现黄素分子的结合不仅阻断了血红素电子的直接传递，而且通过形成高亲和力的蛋白-黄素复合物优化了蛋白界面，为未来工程化构建高导电生物膜和新型生物电子器件提供了重要的理论支撑。相关研究以“Cell-Surface Inter-Cytochrome Electron Transfer Limits Biofilm Electron Conduction Kinetics in Shewanella oneidensis”为题发表于Journal of the American Chemical Society。
全文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c10357
图1：OmcA与MtrC蛋白界面电子传递及黄素调控机制图解
（2）构建Shewanella合成微生物菌群实现铀的高效生物还原
针对自然和人为活动导致的铀污染难题，单一菌株在实际环境中的电子传递效率往往受到内源氧化还原介体浓度和生物膜导电性的限制。研究团队创新性地构建了由Shewanella和铜绿假单胞菌组成的合成微生物菌群。在这个融合体系中，铜绿假单胞菌分泌的绿脓菌素能够特异性地与希瓦氏菌外膜蛋白OmcA结合，改变了氧化还原电位梯度，从而驱动电子热力学顺向传递。同时，其释放的胞外DNA增强了生物膜的网络导电性，最终实现了在48小时内对铀的完全生物还原。相关成果以“Complete uranium bioreduction in 48 hours: Synergistic electron transfer in a synthetic microbial consortium”为题发表于Environmental Science and Ecotechnology 。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666498425001073
图2：合成微生物菌群协同增强胞外电子传递及铀还原示意图
（3）开发红光驱动的Shewanella活体生物杂交平台用于炎症靶向治疗
炎症性肠病的治疗面临着肠道内给药定植难和传统纳米载体靶向性差的挑战。研究团队巧妙地将光遗传学改造的Shewanella与负载抗炎药物（厚朴酚等）的偶氮键共价有机框架材料（Azo-COFs）通过静电作用结合，构建了活体生物杂交平台。在红光照射下，Shewanella的胞外电子传递通路被激活，生成的电子精准切断COFs的偶氮键，实现靶向炎症部位的药物按需释放 。此外，通过赋予菌株热休克基因与乙酸代谢途径，使其能够在37°C的肠道内高效存活并发挥作用，显著改善了小鼠肠道屏障功能并重塑了肠道微生态。相关研究以“Red-light-activated living bacterial electron generator for on-demand drug release in colonic inflammation”为题发表于Journal of Controlled Release。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168365926002385
图3：红光激活活体生物杂交平台治疗溃疡性结肠炎过程示意图
隆曦孜团队聚焦于地质医学领域，研究环境放射污染治理与放射卫生技术，相关研究成果发表于J. Am. Chem. Soc.、Environ. Sci. Technol.、Environ. Sci. Ecotechnol.、Nano Today.、Chem. Eng. J.、J. Control. Release等领域内著名期刊，积极为保障人民健康、绿色环境贡献力量。
