Nature：中外科学家首次培养出降解石油产甲烷的古菌

　　

石油烃类可以通过产甲烷降解过程转化为甲烷，这一过程通常是由多种微生物（包括细菌和产甲烷古菌）共同协调的。之前有人提出，古菌Candidatus Methanoliparum能够单独完成长链烷烃的降解和产甲烷作用。如今，研究人员首次在实验室中培养出这种古细菌，它们来自胜利油田中的沉降罐。

这项研究成果发表在《Nature》杂志上，题为“Non-syntrophic methanogenic hydrocarbon degradation by an archaeal species”。通讯作者为农业农村部沼气科学研究所的承磊研究员、深圳大学高等研究院的李猛教授和德国马克斯普朗克海洋微生物研究所Gunter Wegener教授。

Wegener教授解释说：“Ca. Methanoliparia是一种混合生物，它结合了石油降解剂的特性和产甲烷菌的特性。”

研究人员在实验室中成功培养了这些微生物，因此他们能够深入研究潜在的过程。这种“神奇的微生物”包含并过表达了编码烷基辅酶M还原酶和甲基辅酶M还原酶的基因，它们是多碳烷烃和甲烷代谢的标志基因。因此，它将石油分解成甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）。

“它的基因中携带着能够激活和分解各种碳氢化合物的酶的代码。此外，它还拥有甲烷生产者的全套设备，”Wegener说道。

研究人员用不同食物来培养这些微生物。他们写道：“不同底物的孵育实验和辅酶M结合中间体的质谱检测证实，Ca. Methanoliparum不仅能在长链烷烃上生长，还能在具有长链（C≥13）烷基的烷基环己烷和烷基苯中生长。相比之下，短链烷烃（如乙烷到辛烷）或短烷基链芳烃（C≤12）不会被消耗。”

让人惊讶的是，这种古细菌用同一种酶激活了所有不同的碳氢化合物。“到目前为止，我们只培养了以短链烷烃为食的古菌。然而，Ca. Methanoliparum则更喜欢含有长链化合物的重油，”Rafael Laso-Pérez博士说，他目前在西班牙国家生物技术中心任博士后研究员。

“我们直到现在才知道，还存在直接使用长链烷烃的产甲烷微生物，”Laso-Pérez说。“即使是具有环状或芳香族结构的复杂烃类，对 Methanoliparia 来说也不是太大。这意味着，我们还发现了一种以前完全未知的产甲烷途径。”

本次研究培养的古菌Ca. Methanoliparum来自中国最大的油田之一——胜利油田。然而，遗传分析表明，这些微生物分布在世界各地。“我们的研究结果对地下油田的开发有了全新的认识。这些生物的广泛分布和潜在的工业应用使其将成为一个令人兴奋的研究领域。”Wegener总结道。

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Zhou, Z., Zhang, Cj., Liu, Pf. et al. Non-syntrophic methanogenic hydrocarbon degradation by an archaeal species. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04235-2