近日，東北大學材料科學與工程學院王福會教授團隊徐大可教授課題組在微生物腐蝕機理研究領域取得重要突破。該團隊首次揭示了電活性微生物通過直接/間接電子傳遞協同加速不銹鋼鈍化膜破壞的分子機制，為微生物腐蝕的精準防控提供了理論依據。相關成果以“Accelerated Destruction of Passive Film and Microbial Corrosion of 316 L Stainless Steel via Extracellular Electron Transfer”為題，發表于國際化學領域頂級期刊Angewandte Chemie International Edition（2025,e202425220, https://doi.org/10.1002/anie.202425220）。東北大學為論文第一完成單位，材料學院李中副教授與博士生王杰為共同第一作者，徐大可教授為唯一通訊作者。合作團隊包括天津大學宋浩教授、李鋒副教授及美國俄亥俄大學Tingyue Gu教授等。

微生物腐蝕是金屬材料失效的主要原因之一，全球約20%的腐蝕損失與其直接相關。不銹鋼表面致密的鈍化膜是其抗腐蝕的關鍵屏障，然而電活性微生物可通過復雜的生物-非生物界面作用破壞這一保護層，具體機制長期未被闡明。徐大可教授團隊以典型電活性微生物—奧奈達希瓦氏菌（Shewanella oneidensis MR-1）為研究對象，通過合成生物學手段對其基因進行編輯，成功構建了可過量分泌電子載體吩嗪-1-羧酸（PCA）的工程菌株（S. oneidensis PCA）。結合高分辨鈍化膜表征與分子生物學技術，系統揭示微生物通過“直接-間接電子傳遞協同”加速鈍化膜溶解的全新機制。

圖 基因編輯電活性奧奈達希瓦氏菌用于揭示細胞外電子傳遞微生物腐蝕機制

研究顯示，基因編輯后的菌株通過外膜細胞色素蛋白（如MtrC）介導的直接電子傳遞，以及PCA和riboflavin介導的間接電子傳遞，在生物膜-金屬界面形成完整電子傳遞鏈。這一過程不僅改變鈍化膜的微觀結構與成分，還顯著提升界面過氧化氫（H2O2）濃度，導致鈍化膜溶解。該發現突破了傳統腐蝕理論中“鈍化膜可自發修復”的認知，為開發靶向電子傳遞通路的防腐技術提供了新思路。

該研究首次從電子傳遞鏈視角系統揭示了微生物腐蝕的動態過程，不僅深化了對生物-非生物界面作用的理解，還為海洋工程、能源管道等領域的腐蝕防控提供了理論支撐。該研究獲國家杰出青年科學基金、科技部重點研發計劃、國家自然科學基金面上項目資助。