在地球的地下深處，存在著一個(gè)神秘的微生物世界，它們悄無聲息地進(jìn)行著各種化學(xué)反應(yīng)，其中一項(xiàng)關(guān)鍵的活動(dòng)便是將甲醇代謝成天然氣甲烷。但長期以來，這些微生物賴以生存的甲醇從何而來一直是未解之謎。
近日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部成都沼氣科學(xué)研究所厭氧微生物創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與日本科學(xué)家的新發(fā)現(xiàn)為解答這一謎題提供了新的線索。他們首次在微生物細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞通過全新的甘氨酸-絲氨酸循環(huán)介導(dǎo)的代謝途徑產(chǎn)生甲醇，并借此發(fā)現(xiàn)一種新的菌群互作產(chǎn)甲烷模式。相關(guān)研究成果于1月19日發(fā)表在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然（Nature）》。
圖為在《Nature》上刊登的相關(guān)研究成果。
厭氧微生物創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)前期從地下油藏先后分離獲得了厭氧細(xì)菌新科物種Zhaonella formicivorans（嗜甲酸趙氏桿菌，為紀(jì)念沼氣所趙一章研究員而命名），以及吃甲醇產(chǎn)甲烷的厭氧古菌新科物種Methermicoccus shengliensis（勝利甲烷嗜熱微球菌，為紀(jì)念勝利油田而命名）。
Zhaonella formicivorans是一位“釀假酒大師”，通過全新的甘氨酸-絲氨酸循環(huán)介導(dǎo)的代謝途徑產(chǎn)生甲醇，這也是首次在微生物細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)，該途徑能將甲酸轉(zhuǎn)化為甲，從而無需甲基化化合物作為輸入就能生成甲醇。這位大師雖會(huì)釀酒卻不勝酒力，隨著甲醇的積累，整個(gè)釀造過程會(huì)逐步停滯。
Methermicoccus shengliensis雖不會(huì)釀酒，卻是專門吃甲醇的“醉翁”，它的出現(xiàn)，不僅協(xié)助Zhaonella formicivorans持續(xù)釀“甲酸”產(chǎn)“甲醇”，解決了甲醇累積的問題，還將甲醇轉(zhuǎn)化為甲烷，持續(xù)生成天然氣。
圖為甲醇生成細(xì)菌與甲醇代謝古菌通過“種間甲醇轉(zhuǎn)移”互作產(chǎn)甲烷。
此前人們認(rèn)為，細(xì)菌和古菌互作產(chǎn)甲烷模式（互惠交叉喂養(yǎng)模式，也叫作互營代謝）模式依賴于氫氣、甲酸或電子傳遞，而該研究發(fā)現(xiàn)的種間甲醇轉(zhuǎn)移，代表了由熱力學(xué)必然性驅(qū)動(dòng)的第四種互作產(chǎn)甲烷模式。
本項(xiàng)研究從啟動(dòng)到發(fā)表，前后歷時(shí)十年，得到了國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程和四川省創(chuàng)新群體等項(xiàng)目的大力支持。這項(xiàng)研究成果不僅豐富了人們對(duì)深部生物圈碳循環(huán)的認(rèn)知，為地下甲基化合物的生物來源提供了新線索，還為未來開發(fā) “地下沼氣工程”和碳減排新技術(shù)開拓了新思路，有望在能源開發(fā)和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
