生物电化学系统微生物生物膜形成与转录组研究

Bioelectrochemical systems (BES) , are devices capable of generating electricity or hydrogen gas and converting organic compounds via microbial electrosynthesis using wastewater, provide a new technique for understanding physiological ecology on biofilm. The aim of this research is to explore biofilm formation and gene expression relative to extracellular electron transfer using BES. Competition of surface space, biofilm formation on the anode with pure and mixed cultures, and the relationship between biofilm structure and power output will be investigated by developing micro-BES combined confocal laser scanning microscope (CLSM). In order to enrich quickly the anode biofilm, electricity generation using the different kinds of inoculants were was compared. The anode biofilms with high electrochemical activity will be analyzed using metagenomic and transcriptomic technology. The expression and regulation of genes relative to exracellular electron transfer will be determined through comparing the differences in transcriptome between biofilm and suspension of pure culture in BES fed with different electron donors and analyzing the effect of bicultural exoelectrogens on transcriptome of each inoculated strain. These studies will guide the optimization of biofilm structure of the bioelectrochemical systems.

生物电化学系统（BES）可以在处理废水同时回收电能、氢能或实现生物电化学合成，该技术也为微生物生物膜生理生态学研究提供了全新的手段。本课题研究目的是利用生物电化学系统揭示生物膜形成及其胞外电子传递相关基因表达研究。通过开发微型生物电化学系统（micro-BES）结合共聚焦激光显微镜，揭示纯菌和混菌阳极生物膜形成过程和阳极表面空间竞争，并分析生物膜三维结构对电能输出的影响。比较不同来源接种物对产电生物膜富集的影响，对具有较高电化学活性的生物膜进行宏基因组学和转录组学分析。比较不同电子供体和不同阳极电位条件下产电纯菌生物膜与悬浮菌液的转录组差异，分析共培养对产电微生物转录组的影响，确定与胞外电子传递相关基因表达调控机制。这些研究将对生物电化学系统生物膜结构优化具有理论指导意义。

生物电化学系统（BES）可以在处理废水同时回收电能、氢能或实现生物电化学合成，该技术也为微生物生物膜生理生态学研究提供了全新的手段。本课题研究目的是利用生物电化学系统揭示生物膜形成及其胞外电子传递相关基因表达水平研究。通过开发微型生物电化学系统和电极制备方法，结合共聚焦激光显微镜，揭示纯菌和混菌阳极生物膜形成过程和阳极表面空间竞争，并分析生物膜三维结构对电能输出的影响。比较不同来源接种物对产电生物膜富集的影响，对具有较高电化学活性的生物膜进行宏基因组学和转录组学分析。揭示了多重种群互作驱动的氢烷产生机制。比较了不同电子供体和不同阳极电位条件产电纯菌生物膜与悬浮菌液的转录组差异，分析共培养对产电微生物转录组的影响，确定与胞外电子传递相关基因表达调控机制。这些研究将对生物电化学系统生物膜结构优化具有理论指导意义。