本發明涉及生物技術領域，具體涉及導電四型菌毛及其編碼基因和含有該基因的載體和相應的生產菌株及其應用。本發明的技術方案可取得如下的技術性效果：(1)本發明提供了一種較方便獲得導電四型菌毛的方法及相應生產菌株，使導電四型菌毛在材料領域的應用成為可能；(2)本發明提供了改良導電四型菌毛導電性能的方法；(3)本發明提供了一種增加微生物燃料電池產電量的方法。

技術領域

本發明涉及生物技術領域，具體涉及導電四型菌毛及其編碼基因和含有該基因的載體和相應的生產菌株及其應用。

背景技術

四型菌毛(Type IV pili，T4P)存在于自然界多數細菌中，其功能包括顫動能力(twitching)、在生物或非生物表面的吸附能力、DNA的攝入能力及電子的傳遞能力等等。四型菌毛結構蛋白分子量較小，介于7-20kDa之間。該結構蛋白的N端結構具有保守性，也即，一段疏水性的保守α-螺旋(包含一段跨膜結構域和一段蛋白互作結構域)，C端結構各異。根據四型菌毛基因的同源性，可將其劃分為T4aP，T4bP兩類：T4aP類菌毛的基因相對同源，存在于許多環境微生物中，如假單胞菌、希瓦氏菌(Shewanella)、地桿菌等；T4bP類菌毛的基因分化程度較大，多存在于腸桿菌科細菌中，如大腸桿菌(Escherichia coli)及霍亂弧菌(Vibrio cholerae)等。

硫還原地桿菌(Geobactersulfurreducens)的四型菌毛(GsPili)屬于T4aP 型，是迄今為止唯一被公認的具有胞外電子傳遞能力的導電四型菌毛，因其具備開發成為生物電子材料的潛力而被科學家們所熟知。該菌毛的結構蛋白 PilA由61個氨基酸構成。硫還原地桿菌為嚴格厭氧菌，生長緩慢，限制了該菌的導電四型菌毛在生物電子材料方面的開發。

發明內容

假單胞菌廣泛存在于自然環境中，屬于好氧菌，生長快，易培養且遺傳操作較成熟。其中銅綠假單胞菌具有產電能力，是可用于微生物燃料電池的細菌。微生物燃料電池是利用微生物產生的電能作為能源的裝置。希瓦氏菌和硫還原地桿菌是微生物燃料電池研究的模式菌株。本項發明的申請人近期發現，利用分子生物學手段，在銅綠假單胞菌中可以獲得高效導電的導電四型菌毛，從而有此發明。

本發明的第一個方面提供一種導電四型菌毛，其菌毛蛋白PilA的氨基酸序列與SEQ ID No：1所示的氨基酸序列具有至少50％的同源性。

本發明的第二方面提供了一類基因，該基因編碼如上所述的導電四型菌毛。

本發明的第三方面提供了一種載體，該載體含有如上所述的基因。

本發明的第四方面提供了一種生產上述導電四型菌毛的相應菌株，該菌株具有如上所述的基因，或如上所述的載體，并能在菌體表面高效表達導電的導電四型菌毛。

本發明的第五方面提供了如上所述的導電四型菌毛、如上所述的基因、如上所述的載體以及如上所述的菌株在生物導電材料和/或微生物燃料電池中的應用。

本發明的第六方面提供了一種增加細菌在微生物燃料電池中的產電量的方法，該方法包括：通過遺傳改造細菌四型菌毛的菌毛蛋白(氨基酸替換，截短等)，以增強四型菌毛的導電能力，從而改變細菌在微生物燃料電池中的產電量。

本發明的技術方案可取得如下的技術性效果：

(1)本發明提供了一種較方便獲得導電四型菌毛的方法及相應生產菌株，使導電四型菌毛在材料領域的應用成為可能；

(2)本發明提供了改良四型菌毛導電性能的方法；

(3)本發明提供了一種增加微生物燃料電池產電量的方法。

附圖說明