Engineering Electrode-Attached Microbial Consortia for High-Performance Xylose-Fed Microbial Fuel Cell

ACS Catalysis

Volumn 5, Issue 11, 2015, Pages 6937-6945

  Yang, Yun ^a,b   Wu, Yichao ^b,c   Hu, Yidan ^b   Cao, Yingxiu ^d   Poh, Chueh Loo ^a   Cao, Bin ^b,c   Song, Hao ^d  

^a Nanyang Technological University   (Singapore)

^b NANYANG TECHNOLOGICAL UNIVERSITY   (Singapore)

^c NANYANG TECHNOLOGICAL UNIVERSITY   (Singapore)

^d TIANJIN UNIVERSITY   (China)

Author keywords

biofilm engineering; Escherichia coli; extracellular electron transfer; flavin; hydrophobic interaction; microbial consortia; Shewanella oneidensis MR 1; synthetic biology

Indexed keywords

ANODES; BACTERIA; BACTERIOLOGY; BIOFILMS; CATIONIC SURFACTANTS; CELL ENGINEERING; COENZYMES; ELECTRODES; ELECTRON TRANSITIONS; ENERGY HARVESTING; ESCHERICHIA COLI; FUEL CELLS; HYDROPHOBIC CHROMATOGRAPHY; HYDROPHOBICITY; MICROORGANISMS;

EXTRACELLULAR ELECTRON TRANSFER; FLAVIN; HYDROPHOBIC INTERACTIONS; MICROBIAL CONSORTIA; SHEWANELLA ONEIDENSIS MR-1; SYNTHETIC BIOLOGY;

MICROBIAL FUEL CELLS;

EID: 84946749413     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.5b01733     Document Type: Article

References (60)

1. He, C. S.; Mu, Z. X.; Yang, H. Y.; Wang, Y. Z.; Mu, Y.; Yu, H. Q. Chemosphere 2015, 140, 12-17 10.1016/j.chemosphere.2015.03.059
2. Li, W. W.; Yu, H. Q.; He, Z. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 911-924 10.1039/C3EE43106A
3. Lovley, D. R. Nat. Rev. Microbiol. 2006, 4, 497-508 10.1038/nrmicro1442
4. Logan, B. E. Nat. Rev. Microbiol. 2009, 7, 375-381 10.1038/nrmicro2113
5. Qiao, Y.; Bao, S. J.; Li, C. M. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 544-553 10.1039/b923503e
6. Wang, H. M.; Luo, H. P.; Fallgren, P. H.; Jin, S.; Ren, Z. J. Biotechnol. Adv. 2015, 33, 317-334 10.1016/j.biotechadv.2015.04.003
7. Okamoto, A.; Nakamura, R.; Hashimoto, K. Electrochim. Acta 2011, 56, 5526-5531 10.1016/j.electacta.2011.03.076
8. Jiao, Y.; Qian, F.; Li, Y.; Wang, G.; Saltikov, C. W.; Gralnick, J. A. J. Bacteriol. 2011, 193, 3662-5 10.1128/JB.00201-11
9. Coursolle, D.; Baron, D. B.; Bond, D. R.; Gralnick, J. A. J. Bacteriol. 2010, 192, 467-474 10.1128/JB.00925-09
10. Franks, A. E.; Nevin, K. P. Energies 2010, 3, 899-919 10.3390/en3050899
11. Pinchuk, G. E.; Geydebrekht, O. V.; Hill, E. A.; Reed, J. L.; Konopka, A. E.; Beliaev, A. S.; Fredrickson, J. K. Appl. Environ. Microbiol. 2011, 77, 8234-8240 10.1128/AEM.05382-11
12. Pinchuk, G. E.; Rodionov, D. A.; Yang, C.; Li, X. Q.; Osterman, A. L.; Dervyn, E.; Geydebrekht, O. V.; Reed, S. B.; Romine, M. F.; Collart, F. R.; Scott, J. H.; Fredrickson, J. K.; Beliaev, A. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106, 2874-2879 10.1073/pnas.0806798106
13. Pinchuk, G. E.; Hill, E. A.; Geydebrekht, O. V.; De Ingeniis, J.; Zhang, X. L.; Osterman, A.; Scott, J. H.; Reed, S. B.; Romine, M. F.; Konopka, A. E.; Beliaev, A. S.; Fredrickson, J. K.; Reed, J. L. PLoS Comput. Biol. 2010, 6, e1000822 10.1371/journal.pcbi.1000822
14. Fredrickson, J. K.; Romine, M. F.; Beliaev, A. S.; Auchtung, J. M.; Driscoll, M. E.; Gardner, T. S.; Nealson, K. H.; Osterman, A. L.; Pinchuk, G.; Reed, J. L.; Rodionov, D. A.; Rodrigues, J. L. M.; Saffarini, D. A.; Serres, M. H.; Spormann, A. M.; Zhulin, I. B.; Tiedje, J. M. Nat. Rev. Microbiol. 2008, 6, 592-603 10.1038/nrmicro1947
15. Rodionov, D. A.; Yang, C.; Li, X.; Rodionova, I. A.; Wang, Y.; Obraztsova, A. Y.; Zagnitko, O. P.; Overbeek, R.; Romine, M. F.; Reed, S.; Fredrickson, J. K.; Nealson, K. H.; Osterman, A. L. BMC Genomics 2010, 11, 494-512 10.1186/1471-2164-11-494
16. Choi, D.; Lee, S. B.; Kim, S.; Min, B.; Choi, I. G.; Chang, I. S. Bioresour. Technol. 2014, 154, 59-66 10.1016/j.biortech.2013.12.025
17. Rosenbaum, M. A.; Bar, H. Y.; Beg, Q. K.; Segre, D.; Booth, J.; Cotta, M. A.; Angenent, L. T. Bioresour. Technol. 2011, 102, 2623-2628 10.1016/j.biortech.2010.10.033
18. Wang, V. B.; Sivakumar, K.; Yang, L.; Zhang, Q.; Kjelleberg, S.; Loo, S. C.; Cao, B. Sci. Rep. 2015, 5, 11222 10.1038/srep11222
19. Renslow, R.; Babauta, J.; Kuprat, A.; Schenk, J.; Ivory, C.; Fredrickson, J.; Beyenal, H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 19262-19283 10.1039/c3cp53759e
20. Torres, C. I.; Marcus, A. K.; Lee, H. S.; Parameswaran, P.; Krajmalnik-Brown, R.; Rittmann, B. E. FEMS Microbiol. Rev. 2010, 34, 3-17 10.1111/j.1574-6976.2009.00191.x
21. Edwards, M. J.; White, G. F.; Norman, M.; Tome-Fernandez, A.; Ainsworth, E.; Shi, L.; Fredrickson, J. K.; Zachara, J. M.; Butt, J. N.; Richardson, D. J.; Clarke, T. A. Sci. Rep. 2015, 5, 11677 10.1038/srep11677
22. Wang, Z. M.; Shi, Z.; Shi, L.; White, G. F.; Richardson, D. J.; Clarke, T. A.; Fredrickson, J. K.; Zachara, J. M. Geochim. Cosmochim. Acta 2015, 163, 299-310 10.1016/j.gca.2015.03.039
23. Okamoto, A.; Nakamura, R.; Nealson, K. H.; Hashimoto, K. ChemElectroChem 2014, 1, 1808-1812 10.1002/celc.201402151
24. Wu, C.; Cheng, Y. Y.; Li, B. B.; Li, W. W.; Li, D. B.; Yu, H. Q. Bioresour. Technol. 2013, 136, 711-4 10.1016/j.biortech.2013.02.072
25. Okamoto, A.; Hashimoto, K.; Nealson, K. H.; Nakamura, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 7856-7861 10.1073/pnas.1220823110
26. Brutinel, E. D.; Gralnick, J. A. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2012, 93, 41-48 10.1007/s00253-011-3653-0
27. Marsili, E.; Baron, D. B.; Shikhare, I. D.; Coursolle, D.; Gralnick, J. A.; Bond, D. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008, 105, 3968-3973 10.1073/pnas.0710525105
28. Yang, Y.; Ding, Y.; Hu, Y.; Cao, B.; Rice, S. A.; Kjelleberg, S.; Song, H. ACS Synth. Biol. 2015, 4, 815-823 10.1021/sb500331x
29. Baron, D.; LaBelle, E.; Coursolle, D.; Gralnick, J. A.; Bond, D. R. J. Biol. Chem. 2009, 284, 28865-28873 10.1074/jbc.M109.043455
30. Zhou, K.; Qiao, K. J.; Edgar, S.; Stephanopoulos, G. Nat. Biotechnol. 2015, 33, 377-383 10.1038/nbt.3095
31. Song, H.; Ding, M. Z.; Jia, X. Q.; Ma, Q.; Yuan, Y. J. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 6954-6981 10.1039/C4CS00114A
32. Fredrickson, J. K. Science 2015, 348, 1425-1427 10.1126/science.aab0946
33. Caspi, R.; Altman, T.; Billington, R.; Dreher, K.; Foerster, H.; Fulcher, C. A.; Holland, T. A.; Keseler, I. M.; Kothari, A.; Kubo, A.; Krummenacker, M.; Latendresse, M.; Mueller, L. A.; Ong, Q.; Paley, S.; Subhraveti, P.; Weaver, D. S.; Weerasinghe, D.; Zhang, P. F.; Karp, P. D. Nucleic Acids Res. 2014, 42, D459-D471 10.1093/nar/gkt1103
34. Grote, A.; Hiller, K.; Scheer, M.; Munch, R.; Nortemann, B.; Hempel, D. C.; Jahn, D. Nucleic Acids Res. 2005, 33, W526-W531 10.1093/nar/gki376
35. Saltikov, C. W.; Newman, D. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003, 100, 10983-8 10.1073/pnas.1834303100
36. Ding, Y. Z.; Peng, N.; Du, Y. H.; Ji, L. H.; Cao, B. Appl. Environ. Microbiol. 2014, 80, 1498-1506 10.1128/AEM.03461-13
37. Wu, Y. C.; Ding, Y. Z.; Cohen, Y.; Cao, B. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2015, 99, 1967-1976 10.1007/s00253-014-6107-7
38. Kiely, P. D.; Call, D. F.; Yates, M. D.; Regan, J. M.; Logan, B. E. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2010, 88, 371-380 10.1007/s00253-010-2757-2
39. Neef, A.; Amann, R.; Schleifer, K.-H. Syst. Appl. Microbiol. 1995, 18, 113-122 10.1016/S0723-2020(11)80458-3
40. Huggett, M. J.; Crocetti, G. R.; Kjelleberg, S.; Steinberg, P. D. Aquat. Microb. Ecol. 2008, 53, 161-171 10.3354/ame01239
41. Marritt, S. J.; McMillan, D. G. G.; Shi, L.; Fredrickson, J. K.; Zachara, J. M.; Richardson, D. J.; Jeuken, L. J. C.; Butt, J. N. Biochem. Soc. Trans. 2012, 40, 1217-1221 10.1042/BST20120150
42. Marritt, S. J.; Lowe, T. G.; Bye, J.; McMillan, D. G. G.; Shi, L.; Fredrickson, J.; Zachara, J.; Richardson, D. J.; Cheesman, M. R.; Jeuken, L. J. C.; Butt, J. N. Biochem. J. 2012, 444, 465-474 10.1042/BJ20120197
43. Shi, L.; Rosso, K. M.; Zachara, J. M.; Fredrickson, J. K. Biochem. Soc. Trans. 2012, 40, 1261-1267 10.1042/BST20120098
44. Shi, L.; Rosso, K. M.; Clarke, T. A.; Richardson, D. J.; Zachara, J. M.; Fredrickson, J. K. Front. Microbiol. 2012, 3, 50 10.3389/fmicb.2012.00050
45. Hartshorne, R. S.; Reardon, C. L.; Ross, D.; Nuester, J.; Clarke, T. A.; Gates, A. J.; Mills, P. C.; Fredrickson, J. K.; Zachara, J. M.; Shi, L.; Beliaev, A. S.; Marshall, M. J.; Tien, M.; Brantley, S.; Butt, J. N.; Richardson, D. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106, 22169-22174 10.1073/pnas.0900086106
46. Meitl, L. A.; Eggleston, C. M.; Colberg, P. J. S.; Khare, N.; Reardon, C. L.; Shi, L. Geochim. Cosmochim. Acta 2009, 73, 5292-5307 10.1016/j.gca.2009.06.021
47. Shi, L. A.; Richardson, D. J.; Wang, Z. M.; Kerisit, S. N.; Rosso, K. M.; Zachara, J. M.; Fredrickson, J. K. Environ. Microbiol. Rep. 2009, 1, 220-227 10.1111/j.1758-2229.2009.00035.x
48. von Canstein, H.; Ogawa, J.; Shimizu, S.; Lloyd, J. R. Appl. Environ. Microbiol. 2008, 74, 615-623 10.1128/AEM.01387-07
49. Okamoto, A.; Hashimoto, K.; Nealson, K. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 10988-10991 10.1002/anie.201407004
50. Okamoto, A.; Saito, K.; Inoue, K.; Nealson, K. H.; Hashimoto, K.; Nakamura, R. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1357-1361 10.1039/c3ee43674h
51. Kotloski, N. J.; Gralnick, J. A. mBio 2013, 4, e00553-12 10.1128/mBio.00553-12
52. Ross, D. E.; Brantley, S. L.; Tien, M. Appl. Environ. Microbiol. 2009, 75, 5218-5226 10.1128/AEM.00544-09
53. Gutiérrez-Preciado, A.; Torres, A. G.; Merino, E.; Bonomi, H. R.; Goldbaum, F. A.; García-Angulo, V. A. PLoS One 2015, 10, e0126124 10.1371/journal.pone.0126124
54. McAnulty, M. J.; Wood, T. K. Bioengineered. 2014, 5, 386-392 10.4161/21655979.2014.969173
55. Guo, K.; Freguia, S.; Dennis, P. G.; Chen, X.; Donose, B. C.; Keller, J.; Gooding, J. J.; Rabaey, K. Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 7563-7570 10.1021/es400901u
56. Ding, C. M.; Lv, M. L.; Zhu, Y.; Jiang, L.; Liu, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 1446-1451 10.1002/anie.201409163
57. Kouzuma, A.; Meng, X. Y.; Kimura, N.; Hashimoto, K.; Watanabe, K. Appl. Environ. Microbiol. 2010, 76, 4151-4157 10.1128/AEM.00117-10
58. Tajima, N.; Kouzuma, A.; Hashimoto, K.; Watanabe, K. Biosci., Biotechnol., Biochem. 2011, 75, 2229-2233 10.1271/bbb.110539
59. Kouzuma, A.; Oba, H.; Tajima, N.; Hashimoto, K.; Watanabe, K. BMC Microbiol. 2014, 14, 190 10.1186/1471-2180-14-190
60. Liu, T.; Yu, Y. Y.; Deng, X. P.; Ng, C. K.; Cao, B.; Wang, J. Y.; Rice, S. A.; Kjelleberg, S.; Song, H. Biotechnol. Bioeng. 2015, 112, 2051-2059 10.1002/bit.25624