天津大学团队联合茅台学院、天津科技大学利用合成生物技术处理茅台酒糟废水回收绿色电能

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天津大学团队联合茅台学院、天津科技大学利用合成生物技术处理茅台酒糟废水回收绿色电能

近日，天津大学宋浩教授团队在国际期刊《Science of the Total Environment》（Q1，IF：10.753）发表题为“Engineering Shewanella oneidensis to efficiently harvest electricity power by co-utilizing glucose and lactate in thin stillage of liquor industry”研究论文，该研究证明通过合成生物学工程设计，可以有效改善希瓦氏菌的底物摄取以及胞外电子传递能力，同时展现了利用电能细胞处理酒糟水废水的潜力。

在该研究中，为了构建能够利用葡萄糖的希瓦氏菌株，作者首先表达来自 E. coli W3110 的外膜孔蛋白编码基因 ompc 以及来自 Zymomonas mobilis Z4 的编码葡萄糖转运和葡萄糖激酶的 glf，glk 基因（模块一），增强了葡萄糖跨膜摄取能力；之后，通过表达来自 Zymomonas mobilis Z4 的编码葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、6-磷酸葡萄糖醇内切酶和 6-磷酸葡萄糖酸脱水酶的 zwf，pgl，和 edd 基因（模块二），重构了葡萄糖代谢的 ED 途径。另外，为了实现酒糟水中葡萄糖和乳酸的高效共利用，通过表达乳酸转运蛋白 Lldp 构建 G7ΔRL1 菌株，在以人工酒糟水作为碳源时功率密度达到了 100.9 mW/m2。为了促进导电生物膜的形成，作者通过敲除编码 DNA 降解酶的 exeS 基因构建了 G7ΔRSL1 菌株，该菌株可在阳极表面形成约 160μm 的生物膜，在以人工酒糟水为碳源时最高功率密度可达 215.3 mW/m2。

为进一步提高电极与微生物界面电子传递能力，在上述工程菌株的基础上，作者使用氧化石墨烯纳米材料和碳纳米管构建了 3D 自组装 G7ΔRSL1-Rgo/CNT 杂合体，在以人工酒糟水为碳源时可获得的最高功率密度为 560.4 mW/m2。最后，为了探究工程菌处理实际酒糟废水的应用潜力，作者利用 G7ΔRSL1-rGO/CNT 杂合体处理来自贵州茅台镇的真实酒糟废水，最终获得 373.7mW/m2 的最高功率密度，是野生型希瓦氏菌（48.1mW/m2）的 7.8 倍。

文章来源：酱香仁怀

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