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Forschungsdaten – Titel und Zusammenfassungen von Publikationen, extrahierte Daten und Katalogeinträge – erscheinen in ihrer Originalsprache Englisch.

REM — Rod-shaped cells colonising an iron(III)-oxide (ferrihydrite) coating on a silicon wafer after 11 days with electron donor. Aufnahme auf Artebene (Geobacter sulfurreducens). Adapted from Newsome L et al. (2018), FEMS Microbiol Ecol 94(8):fiy104, Fig. 1B. Quelle · CC BY 4.0 · Cropped to panel B from the figure embedded in the article PDF; converted to WebP

Electrogen · Bidirectional EET · DIET partner donor

Geobacter sulfurreducens PCA

Thermodesulfobacteriota · Desulfuromonadia · Geobacteraceae

ElektroaktivEET bidirectionalTypstammBSL-1Datensatz: Comprehensive
  • Model organism
  • Anode respiring
  • Metal reducer
  • Tier 1
  • DIET donor
Bidirectional
Elektronentransfer
elektroaktiv
30°C
Optimale Temperatur
wächst bei 25–35 °C
6,8
Optimaler pH-Wert
wächst bei pH 6–7,5
4A/m2
Max. Stromdichte
Bereich 1–7,6

01 · Identität

Identität

Wo dieser Organismus im Stammbaum des Lebens steht, wie man ihn bezieht und wie eine Zelle aussieht.

Abstammungslinie

  1. DomäneBacteria
  2. ›PhylumThermodesulfobacteriota
  3. ›KlasseDesulfuromonadia
  4. ›OrdnungGeobacterales
  5. ›FamilieGeobacteraceae
  6. ›GattungGeobacter
  7. ›ArtGeobacter sulfurreducens PCA

Früher klassifiziert als Deltaproteobacteria.

Stammsammlungen & Zugangsnummern

DSMZ
DSM 12127
ATCC
ATCC 51573
NCBI-Taxon
243231
Genom
GCF_000007985.2
Status
Typstamm

Isolierung

Isoliert aus Potomac River sediment, Maryland, USA von Caccavo F. et al. (1994).

Caccavo F, et al. (1994). Geobacter sulfurreducens sp. nov. PubMed

Genom

3,81Mb
Genomgröße
60,9%
GC-Gehalt
Complete
Assemblierungsstufe
1
Contigs

Zellmorphologie

Rod, Gram-negative (diderm)

Länge 2,5 (1,5–4) µm · Breite 0,5 (0,4–0,7) µm

  • Beweglich: nein
  • Pili: ja
  • Kapsel: nein
  • S-Layer: nein
  • Vesikel der äußeren Membran: nein
  • Sporenbildend: nein

02 · Elektronentransfer

Elektronentransfer

Wie Elektronen die Zellhülle überwinden – die Eigenschaft, die einen Mikroorganismus in einem elektrochemischen System nützlich macht.

ElektroaktivEET bidirectional
ZELLEELEKTRODEAUSSENMEMBRAN-CYTOCHROMEOmcBOmcCOmcSOmcZe⁻e⁻NANODRAHT · OMCS CYTOCHROME FILAMENTe⁻e⁻DIET → M. harundinaceae⁻e⁻
Elektronen fließen in beide Richtungen

Mechanismen

  • Außenmembran-Cytochrome: ja
  • Leitfähige Pili / Nanodrähte: ja
  • Endogene Shuttles: nein
  • Exogene Shuttles: nein

Leitfähigkeit der Nanodrähte 0,028 (0,001–0,5) S/cm

OmcS filament intrinsic conductivity ~28 mS/cm; values vary widely with measurement method (network vs single-filament). See Wang 2019, Yalcin 2020.

Redoxleiter

H⁺/H₂Acetat/CO₂-0,5-0,4-0,3-0,2-0,10,00,10,20,31234
■ Cytochrom · ○ ShuttleE°′ (V vs. SHE)
  1. 1OmcZ -0,22 V · Extracellular · 8 Hämgruppen
  2. 2OmcS -0,212 V · Nanowire filament · 6 Hämgruppen
  3. 3OmcB -0,19 V · Outer membrane · 12 Hämgruppen
  4. 4PpcA -0,15 V · Periplasm · 3 Hämgruppen

Cytochrome (14)

NameLokalisationHämgruppenE°′ (V)Struktur
CbcLInner membrane9——

Required for low-potential (≤−0.1 V) electron transfer.

ImcHInner membrane6——

Inner-membrane cytochrome required for high-potential acceptors.

OmaBOuter membrane———

Component of the OmaB-OmbB porin-cytochrome complex.

OmaCOuter membrane———

Component of the OmaC-OmbC porin-cytochrome complex.

OmbBOuter membrane———

β-barrel porin partner of OmaB.

OmbCOuter membrane———

β-barrel porin partner of OmaC.

OmcBOuter membrane12-0,19—

Outer-membrane dodecaheme; required for Fe(III) citrate reduction.

OmcCOuter membrane12——

Paralog of OmcB; less essential phenotypically.

OmcENanowire filament4——

Tetraheme nanowire identified by cryo-EM (Wang 2022).

OmcSNanowire filament6-0,212PDB 6EF8EMDB EMD-9046

Forms the canonical conductive nanowire filament (Wang 2019).

OmcZExtracellular8-0,22PDB 7TFS

Octaheme; high-current-density biofilm filament (Yalcin 2020).

PpcAPeriplasm3-0,15—

Periplasmic triheme; central to Fe(III) and U(VI) reduction.

PpcBPeriplasm3——

PpcA paralog.

PpcDPeriplasm3——

PpcA paralog.

Direkter Transfer – Details

Completeness
Mapped
Nanowire length
5 (1–20) µm

Vermittelter Transfer – Details

Completeness
Mapped

03 · Wachstumsbereich

Wachstumsbereich

Die Bedingungen, die dieser Organismus toleriert, wovon er sich ernährt und was er veratmet – das Betriebsfenster für einen Reaktor.

MesophileObligate anaerobeChemoorganoheterotroph
Temperature30 (25–35) °C
0100 °C
pH6,8 (6–7,5)
014
Doubling time8 (6–12) h
020 h

Energiestoffwechsel

Elektronendonatoren

  • Acetate
  • H2
  • Formate

Elektronenakzeptoren

  • Fe(III)
  • Mn(IV)
  • Fumarate
  • Anode
  • S0
  • U(VI)

Kohlenstoffquellen

  • Acetate
  • Hydrogen
  • Formate
  • Lactate
  • Pyruvate
  • Respiratorisch: ja
  • Fermentativ: nein

Stoffwechsel – Details

ATP synthase type
Proton dependent
Energy conservation mechanism
Oxidative phosphorylation
Lag phase
1 h

04 · Leistung

Leistung

Berichtete elektrochemische Leistung, die Rolle im Reaktor und was der Organismus produziert.

Elektrogen: Strong
1.900mW/m2
Max power density
Bereich 800–3.900 · pro projected anode area
4A/m2
Max current density
Bereich 1–7,6 · pro projected anode area
85%
Coulombic efficiency
Bereich 60–95
Onset potential
-0,17 V vs SHE

Rolle im Reaktor

Kammer: AnodeAnode: primary current producer
Typische relative Häufigkeit im Biofilm60 (30–95) %
0100 %

Often dominates acetate-fed anode biofilms after enrichment.

Substrat → Produkt (2)

  • acetateergibt
    • CO2

    anaerobic, anode as electron acceptor · Ausbeute 8 electrons/mol acetate · Complete oxidation to CO2.

  • acetateergibt
    • CO2

    anaerobic, anode as electron acceptor · Ausbeute 8 electrons/mol acetate · Complete oxidation to CO2.

05 · Ökologie & Biofilm

Ökologie & Biofilm

Wie der Organismus auf einer Elektrode lebt, mit welchen Partnern er kooperiert und wo er in der Natur vorkommt.

Biofilm

  • Bildet Biofilm: ja
Biofilmdicke50 (20–80) µm
0100 µm

Biofilm-Leitfähigkeit

0,05 (0,005–5) S/m

Bevorzugte Elektrodenmaterialien

  • graphite felt
  • carbon cloth
  • carbon brush
  • stainless steel mesh

Partner im Elektronenaustausch (3)

Tritt häufig gemeinsam auf mit

  • Methanothrix harundinacea
  • Methanosarcina spp.
  • Pelobacter spp.

Vermittlung über leitfähige Minerale

  • Vermittelt über leitfähige Minerale: ja
  • Magnetite
  • Biochar

Magnetite stimulates DIET with methanogen partners; biochar similarly enhances syntrophic acetate/butyrate degradation (Liu 2015, Cruz Viggi 2014).

Ökosysteme

  • Freshwater
  • Subsurface
  • Engineered MES

Isolierungsquellen

  • subsurface sediment, Norman, Oklahoma USA

06 · Anwendungen, Stammentwicklung & Sicherheit

Anwendungen, Stammentwicklung & Sicherheit

Wo der Organismus bereits eingesetzt wurde, wie gut er sich gentechnisch verändern lässt und welche Handhabung er erfordert.

Anwendungen (4)

  • Bioremediation metals · Pilot scale
    TRL 6/9
  • Wastewater treatment · Pilot scale
    TRL 5/9
  • Bioelectricity generation · Bench scale
    TRL 4/9
  • Research model organism · Lab pure culture

Stammentwicklung

Synthetic biology chassisIndustrielle Relevanz 5/5

Reaktorkompatibilität

  • MFC dual chamber
  • MEC
  • Sediment MFC
Scale demonstrated
Pilot

Verlauf der Stammentwicklung (3)

  1. 1994 Wild type isolation

    Type strain isolated from Potomac River sediment.

    1994 · Caccavo F, et al. 1994

  2. 2009 Evolution

    Adaptive lab evolution under high-current selection (KN400 strain).

    Max current density 4 → 7,6 A/m2

    2009 · Yi H, et al. (2009). KN400 strain selection.DOI Spawned the geobacter_sulfurreducens_kn400 strain record (planned but not yet seeded).

  3. 2014 Engineered

    Markerless deletion of omcZ; abolishes high-current biofilm phenotype.

    2014 · Inoue K, et al. (2010); Liu Y, et al. (2014).DOI

Genetik

  • Genetisch zugänglich: ja

Zentrale EET-Gene

  • pilA
  • omcB
  • omcC
  • omcS
  • omcZ
  • omcE
  • ppcA
  • imcH
  • cbcL

qPCR-Zielgene

  • pilA
  • omcB
  • omcZ
  • omcS

Transformationsmethoden

  • Electroporation
Available genetic tools
  • markerless deletion
  • pRG5 plasmid
  • pCM66 derivatives
  • CRISPR-Cas9

Omics-Studien (2)

  • Transcriptomics RNA seq anode biofilm · 2012DOI

    Anode-biofilm vs Fe(III) citrate transcriptome.

  • Proteomics Shotgun proteomics anode · 2012DOI

Betrieb

Stabiler Betrieb2.000 (500–5.000) h
010.000 h
Fouling resistance
High
Load change sensitivity
Low
Recommended inoculation
Pre-grown anode biofilm transfer or planktonic seed at OD600 0.05–0.1 with acetate poising.
Pure vs mixed performance delta
1

Kommerzielle Nutzung

Strain itself is unencumbered; specific engineered variants may be IP-protected.

Biologische Sicherheit

BSL-1
  • Pathogen: nein

Modellierungsressourcen

  • Genomweites Stoffwechselmodell: ja
  • Kinetisches Modell: ja
  • Biofilmmodell: ja
  • iAF987 (Feist et al. 2014)

Verknüpftes GEM: iAF987

07 · Quellen & Datenqualität

Quellen & Datenqualität

Jeder Wert oben lässt sich auf eine Quelle zurückführen. So vollständig und so belastbar ist der Datensatz.

Qualität des Datensatzes

ComprehensiveKonfidenz: HighKuratiert: manual

Literaturstand 2026-04-26 · Schema v1.2.0 · aktualisiert 2026-05-14 · importiert 2026-04-28

Konfidenz je Feld

Engineering history
High
Genome metadata.size (bp)
High
Bibliometrics.total publications
Medium
EET mechanism.direct transfer.cytochromes
High
Electrochemical performance.max current density
High

Referenzen (10)

  1. Caccavo F, et al. (1994). Geobacter sulfurreducens sp. nov. Appl Environ Microbiol 60:3752-3759.PMID 7527204
  2. Caccavo F, et al. (1994). Geobacter sulfurreducens sp. nov. Appl Environ Microbiol 60:3752-3759.PMID 7527204
  3. Bond DR, Lovley DR (2003). Electricity production by Geobacter sulfurreducens attached to electrodes. Appl Environ Microbiol 69:1548-1555.doi:10.1128/AEM.69.3.1548-1555.2003
  4. Bond DR, Lovley DR (2003). Electricity production by Geobacter sulfurreducens attached to electrodes. Appl Environ Microbiol 69:1548-1555.doi:10.1128/AEM.69.3.1548-1555.2003
  5. Reguera G, et al. (2005). Extracellular electron transfer via microbial nanowires. Nature 435:1098-1101.doi:10.1038/nature03661
  6. Reguera G, et al. (2005). Extracellular electron transfer via microbial nanowires. Nature 435:1098-1101.doi:10.1038/nature03661
  7. Logan BE, et al. (2019). Electroactive microorganisms in BES. Nat Rev Microbiol 17:307-319.doi:10.1038/s41579-019-0173-x
  8. Logan BE, et al. (2019). Electroactive microorganisms in BES. Nat Rev Microbiol 17:307-319.doi:10.1038/s41579-019-0173-x
  9. Wang F, et al. (2019). Structure of microbial nanowires reveals stacked hemes. Cell 177:361-369.
  10. Wang F, et al. (2019). Structure of microbial nanowires reveals stacked hemes. Cell 177:361-369.

Bibliometrie

1.500
Publikationen
2
Aktive Forschungsgruppen
1
Markierte Widersprüche
PILabCountry
Derek R. LovleyLovley LabUSA
Nikhil S. MalvankarMalvankar LabUSA
NotesTopicConflicting DOIs
Reguera 2005 reported PilA pili as nanowires; Wang 2019 demonstrated OmcS cytochrome filaments. Current consensus: OmcS/OmcZ filaments are the primary nanowires; PilA pilin is a secretion machine.Pilus vs cytochrome-filament identity of conductive nanowires10.1038/nature03661, 10.1016/j.cell.2019.03.029
YearCitationDOI
2.012Lovley DR (2012). Electromicrobiology. Annu Rev Microbiol 66:391-409.—
2.019Logan BE, et al. (2019). Electroactive microorganisms in BES. Nat Rev Microbiol 17:307-319.10.1038/s41579-019-0173-x

Meistzitiert

Versionsverlauf

  1. 2026-04-27 · v1.2.0 · messai_curation
    • Added structured cytochromes[] inventory with localization, heme counts, midpoint potentials.
    • Added genome_metadata, isolation provenance, type strain flag.
    • Added engineering_history (KN400 ALE; omcZ knockout).
    • Added bibliometrics, omics_resources, conductive mineral mediation.