微生物和细胞外矿物质之间的重要相互作用

根据这篇新的评论文章，土壤中以及水生和地下沉积物中的一些矿物质通过提供电子或将它们存储为“环境电池”来电子支持微生物生长。微生物细胞从与细胞壁外的矿物质相关的金属中获得化学能，但在许多情况下，微生物细胞包膜对矿物质是物理不可渗透的，或者是不导电的。由于这些障碍，一些微生物已经进化出与细胞外矿物质交换电子的策略。本文概述了理解允许所需电子交换的机制的进展。一些机制涉及形成广泛电子传递途径的氧化还原和结构蛋白。其他人依赖微生物纳米线，

具有细胞外电子转移能力的微生物具有环境可持续生物技术应用的潜力。一些生物修复技术已经使用这些微生物来食用或降解土壤，沉积物或地下水中的污染物。Biomining使用微生物代替极热或有毒化学品等采掘策略，以较低污染和更节能的方式从低品位矿石中浸出所需元素。擅长矿物电子转移的微生物在催化，半导体制造，低功率微生物燃料电池，癌症处理以及清洁生物燃料和巧妙纳米材料的生产中具有潜在的应用。

微生物的细胞包膜具有细胞质膜，细胞质是细胞对外部环境的主要屏障。这种膜也是大多数微生物能量产生所必需的电子转移的关系，但它通常含有外部结构元素，使其在电子方面不导电并且对矿物质是物理上不可渗透的。微生物细胞外电子转移通过使用一组用于电子交换的进化专用机制克服了这些障碍。这些相同的策略表明具有细胞外电子转移能力的微生物具有生物技术应用的潜力。

已经存在的生物技术包括将铀固定在污染场地，以及从低品位矿石中回收金，铜和其他金属。本综述文章总结了过去十年在理解微生物细胞外电子转移机制方面取得的实质性进展。

作者总结了这些进展，包括：四种模式微生物中代表性电子传递途径的分子鉴定和功能表征; 发现在厘米上发生的电子转移反应，在微生物世界中距离很远; 建议电子传递途径可以是双向的; 使用纳米线或多细胞“电缆细菌” 在微生物细胞之间直接转移电子- 甚至在不同物种的细胞之间; 充当电导体或电池的矿物质; 以及微生物电子转移机制可以通知或启发的一些生物技术应用。

作者还讨论了知识差距，包括理解内向电子转移机制; 如何以原子分辨率捕获活性蛋白质的分子结构; 以及纳米线和电缆细菌如何发​​挥作用。