近日，东北大学电活性生物材料交叉研究中心Derek Lovley教授和徐大可教授课题组在铁还原研究领域取得重要进展，首次揭示海洋呼吸型厌氧菌Desulfovibrio ferrophilus可通过内源性萘醌电子穿梭体还原Fe(III)，而无需依赖其外膜细胞色素。相关研究成果以“Fe(III) oxide reduction bypassing outer-surface cytochromes in a marine respiratory anaerobe”为题发表于环境领域国际顶级期刊Environmental Science & Technology (自然指数期刊，DOI: 10.1021/acs.est.6c04532)，并被选为副封面（supplementary cover）文章。医学与生物信息工程学院博士研究生李嘉欣为第一作者，导师Derek Lovley教授和徐大可教授为共同通讯作者，东北大学为第一完成单位。
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微生物Fe(III)还原是厌氧环境中碳循环和氧化还原过程的关键环节。长期以来，相关机制主要集中于淡水模式菌株Shewanella和Geobacter，对海洋中的呼吸型厌氧菌缺乏直接实验证据。本研究以海洋硫酸盐还原菌D. ferrophilus为模型，系统评估其Fe(III)还原机制。研究发现，D. ferrophilus虽表达多种外膜c型细胞色素，但其细胞悬液无法还原Fe(III)，表明外表面缺乏有效电子传递接触点。通过基因编辑技术构建的外膜相关细胞色素缺失菌株仍能正常还原Fe(III)氧化物，证实这些细胞色素并非必需。进一步研究表明，该菌在Fe(III)还原过程中分泌多种萘醌类电子穿梭体，穿梭体通过胞内还原、再穿梭至胞外的循环机制实现电子传递，该过程独立于外膜细胞色素。研究拓展了对呼吸型厌氧菌胞外电子传递机制的认识，为完善生物地球化学模型和组学数据解读提供了关键理论依据。该机制同时揭示了海洋硫酸盐还原菌的一种新型胞外电子传递途径，对理解微生物腐蚀（MIC）过程中铁氧化物的还原及腐蚀产物转化具有重要意义，为基于电子穿梭体调控的腐蚀防护策略提供了新思路。该研究强调了对具有不同胞外电子传递机制的环境分离株进行系统的功能研究，是将基因组潜力准确链接至环境功能的必要前提。
该研究工作获得国家自然科学基金重点项目、国家杰出青年科学基金、国家重点研发计划等项目资助。
摘要图 Desulfovibrio ferrophilus铁氧化物还原机理示意图
