Extracellular riboflavin induces anaerobic biofilm formation in Shewanella oneidensis.
Extracellular riboflavin induces anaerobic biofilm formation in Shewanella oneidensis.
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DOI：
10.1186/s13068-021-01981-3
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发表时间：
2021-06-03
影响因子：
6.3
通讯作者：
Gescher J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Edel M;Sturm G;Sturm-Richter K;Wagner M;Ducassou JN;Couté Y;Horn H;Gescher J
一些微生物可以利用延伸到细胞表面的电子传输链与胞外电子受体呼吸。这一过程可以应用于生物电化学系统中，在生物电化学系统中，生物体通过呼吸产生电流，阳极作为电子接受者。这些生物利用黄素分子作为辅因子，促进由末端还原酶催化的单电子转移，在某些情况下还作为内源电子穿梭。在模式生物中，核黄素的产生和排泄触发特定的生物膜形成反应，该反应在特定的阈值浓度下启动，类似于典型的群体感应分子。核黄素介导的信息传递是基于编码腐胺脱羧酶规范的基因的过度表达，这导致参与生物膜形成的蛋白质转录后过度生产。利用核黄素在间歇和生物膜生长条件下的生长依赖模型，推导了每次产生阈值浓度所需的细胞数量。此外，我们的结果表明，核黄素在生物膜基质中的特定保留导致了局部浓度，到目前为止远远超过了必要的阈值。本研究描述了一种新的群体感应机制。低浓度的核黄素可诱导单胞菌的生物膜形成，导致鸟氨酸脱羧酶的表达上调。研究结果可用于开发生物电化学体系中催化电流密度增大的菌株。网上版载有补充材料，可在10.1186/s13068-021-01981-3查阅。
Some microorganisms can respire with extracellular electron acceptors using an extended electron transport chain to the cell surface. This process can be applied in bioelectrochemical systems in which the organisms produce an electrical current by respiring with an anode as electron acceptor. These organisms apply flavin molecules as cofactors to facilitate one-electron transfer catalyzed by the terminal reductases and in some cases as endogenous electron shuttles. In the model organism Shewanella oneidensis, riboflavin production and excretion trigger a specific biofilm formation response that is initiated at a specific threshold concentration, similar to canonical quorum-sensing molecules. Riboflavin-mediated messaging is based on the overexpression of the gene encoding the putrescine decarboxylase speC which leads to posttranscriptional overproduction of proteins involved in biofilm formation. Using a model of growth-dependent riboflavin production under batch and biofilm growth conditions, the number of cells necessary to produce the threshold concentration per time was deduced. Furthermore, our results indicate that specific retention of riboflavin in the biofilm matrix leads to localized concentrations, which by far exceed the necessary threshold value. This study describes a new quorum-sensing mechanism in S. oneidensis. Biofilm formation of S. oneidensis is induced by low concentrations of riboflavin resulting in an upregulation of the ornithine-decarboxylase speC. The results can be applied for the development of strains catalyzing increased current densities in bioelectrochemical systems. The online version contains supplementary material available at 10.1186/s13068-021-01981-3.
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