综述：甲烷氧化电微生物学的当前趋势

《TRENDS IN Microbiology》：Current trends in electromicrobiology of methane oxidation

这篇前沿综述系统梳理了电微生物学驱动的甲烷氧化研究进展，重点探讨了需氧甲烷氧化菌（MOB）在低氧条件下的电化学活性、厌氧甲烷氧化古菌（ANME）通过多血红素细胞色素c介导的胞外电子传递（EET）途径，以及产甲烷菌代谢可逆性假说的最新证据。文章揭示了EET途径如何重塑传统甲烷循环认知，并展望了其在环境修复和生物技术中的应用前景，为理解元素地球化学循环的微生物驱动机制提供了新视角。

　　

Highlights：甲烷氧化的电微生物学突破

近年研究发现，部分需氧甲烷氧化菌（MOB）在限氧条件下仍能维持代谢活性，这种特性使其成为电化学驱动甲烷氧化的新兴参与者。更引人注目的是，厌氧甲烷氧化古菌（ANME）已证实通过多血红素细胞色素_c介导的直接胞外电子传递（EET）途径实现非互养生活方式。基因组数据进一步暗示，ANME可能利用导电纳米线作为替代性EET途径，这种多重电子传递策略极大拓展了微生物在缺氧环境中的生存空间。

代谢可逆性的争议与证据

传统产甲烷菌表现出令人惊讶的代谢可塑性。多项研究观察到，这类微生物可能通过EET途径逆转其代谢流程，执行厌氧甲烷氧化（AOM）功能。尽管具体分子机制尚存争议，但产甲烷菌甲基辅酶M还原酶（Mcr）的双向催化能力为这一假说提供了生化基础。值得注意的是，某些菌株中发现的异化金属还原酶系统，可能构成其实现电子外排的关键分子装置。

地球化学循环的微生物耦联

电化学驱动的甲烷氧化过程正在重塑对元素循环的认知。研究发现，ANME主导的AOM过程可与硫酸盐还原、铁锰循环等地球化学过程形成复杂耦联网络。在深海冷泉等极端环境中，微生物通过EET建立的种间电子传递网络，使得甲烷氧化与硫、氮等元素循环形成空间共位现象，这种跨元素循环的相互作用显著提升了生态系统的代谢多样性。

生物技术的应用前景

基于微生物电化学的甲烷转化技术展现出双重价值：环境方面，可应用于垃圾填埋场甲烷减排和废水处理；能源领域，甲烷生物燃料电池的功率密度已突破1.0 W/m²。最新研究尝试将ANME与导电材料耦合构建生物电极，其甲烷转化效率较传统生物膜提升3倍，为温室气体资源化提供了创新思路。不过，电子传递速率与菌群稳定性的平衡仍是工程化应用的瓶颈所在。