胞外电子传递是微生物进行胞外代谢的主要方式，众多微生物通过该过程参与元素地球化学循环和实现污染物高效降解（如生物电化学系统BESs）。混合微生物群落中的微生物之间存在非常复杂的代谢相互作用（如竞争、共生、共存等），这些代谢互作关系会影响微生物的胞外电子传递过程，进而影响BESs降解污染物的效率。以往相关研究主要关注代谢合作，而种间竞争对微生物胞外电子传递过程的影响机制尚未被研究。
近日，中国科学院城市环境研究所环境电化学研究组以BESs为研究平台，利用两株均以乳酸盐为底物的奥奈达希瓦氏菌（Shewanella oneidensis MR-1）和弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacter freundii An1）探究了种间底物竞争对于胞外电子传递的影响。
研究表明，S. oneidensis MR-1和C. freundii An1之间的底物竞争提高了混合菌BESs的发电量，是单独接种S. oneidensis MR-1的BESs的6倍。
结果表明，种间底物竞争提高了S. oneidensis MR-1的代谢活性和在电极上形成生物膜的能力，从而获得了与C. freundii An1的竞争优势；代谢活性的提高不仅为MR-1提供了更多的电子，而且还分泌了更多的黄素以促进胞外电子传递。
蛋白质组学分析进一步证实，受种间底物竞争的影响，电极生物膜中S. oneidensis MR-1中与乳酸代谢、生物膜形成、外膜c型细胞色素相关的蛋白表达显著上调。
该研究成果以Interspecific competition by non-exoelectrogenic Citrobacter freundii An1 boosts bioelectricity generation of exoelectrogenic Shewanella oneidensis MR-1为题发表在Biosensors and Bioelectronics上。
该研究得到国家自然科学基金项目、厦门市青年创新基金项目、中科院青年创新促进会项目的支持。