近日，华中农业大学农业微生物学国家重点实验室、资源与环境学院土壤生物化学团队在Applied and Environmental Microbiology在线发表题为“Outer membrane c-type cytochromes OmcA and MtrC play distinct roles in enhancing the attachment of Shewanella oneidensis MR-1 cells to goethite”的研究论文，研究结果区分了希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）外膜c型细胞色素OmcA和MtrC在细菌-矿物界面过程中的贡献，为MtrC在胞外电子传递中的中心地位提供了新的证据，将土壤微界面化学与生物过程研究推进到单细胞水平，为细菌-土壤矿物相互作用研究提供了新思路。

图A：ΔmtrC (a)、ΔomcA (b)与针铁矿之间粘附作用力，FΔmtrC > FΔomcA。

图B：希瓦氏菌在针铁矿表面粘附2 h和4 h后的激光共聚焦显微镜图像及粘附细菌密度统计结果。

0~2 h, WT和ΔmtrC的细胞密度显著增加；2~4 h, WT和ΔomcA的细胞粘附量显著增加。

图C：(a) OmcA和MtrC在细菌外膜分布的曼德斯共定位系数统计结果，MtrC的缺失减少了OmcA在细胞外膜的分布。 

(b, c) ΔomcA二维红外光谱图，ΔomcA与针铁矿粘附过程中形成了P-OFe键 (1046 cm-1)。

微生物异化铁还原是厌氧环境中普遍存在的一种微生物代谢形式，微生物以胞外不溶的铁氧化物作为末端电子受体，通过氧化电子供体偶联Fe(Ⅲ)的还原，产生生命活动所需的能量。微生物异化铁还原过程在土壤、河流沉积物、水体等环境中广泛存在，对于铁、碳、氮等元素生物地球化学循环、含铁氧化物的形成与转化、污染物的固定和降解等过程具有重要的环境意义。外膜c型细胞色素OmcA和MtrC作为希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）胞外电子传递的末端还原酶，其与铁氧化物的结合方式、亲和力在细菌与铁氧化物之间的电子传递及Fe(Ⅲ)还原中发挥着关键作用，但两种细胞色素调控希瓦氏菌在铁氧化物表面吸附过程与机制并不清楚。

本研究以希瓦氏菌（S. oneidensis MR-1）的野生型菌株及外膜c型细胞色素OmcA、MtrC缺失的突变株（ΔomcA，ΔmtrC，ΔomcA-ΔmtrC）为研究对象，基于石英晶体微天平（QCM-D）、衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）、原子力显微镜（AFM）等多种界面过程分析手段，探究四种菌株在针铁矿表面的吸附动力学过程、吸附过程中细胞表面官能团变化、细菌与针铁矿的相互作用力，区分OmcA、MtrC在细菌-矿物互作过程中的贡献。QCM-D定量模型拟合表明，MtrC使单细胞与针铁矿之间的接触弹性和接触面积均提高了2倍多；二维红外分析结果进一步显示，MtrC有利于细菌与针铁矿相互作用过程中内圈络合物的形成；AFM的测定结果表明，OmcA使细菌与针铁矿之间的粘附力增加了60%。这些研究结果揭示了细胞外膜的OmcA蛋白在细菌初期定殖过程中发挥重要作用，而MtrC蛋白在细菌后期定殖过程中作用更显著。

华中农业大学农业微生物学国家重点实验室、资源与环境学院博士生景新新和吴一超副研究员为论文共同第一作者，蔡鹏教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、牛顿高级学者基金、国家重点研发计划、以及华中农业大学自主创新基金等项目的支持。

文章链接：https://aem.asm.org/content/86/23/e01941-20

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