一种新的微生物途径

在《mLife》上发表的一篇论文中，一个国际科学家团队报告了一种新的未培养的细菌的碘酸盐呼吸的遗传证据。在一个富碘泉洞的壁生物膜中发现了M. iodofontis。

　　

   

   

悬在洞顶上的钟乳石状生物膜(A)和位于壁面生物膜中的星状细胞(B)。    

甲烷是一种强大的温室气体，自前工业化时代以来，对全球变暖的贡献超过20%。甲烷厌氧氧化(AOM)是一种重要的甲烷沉默方式，减少了甲烷从各种环境向大气的排放。Methylomirabilota属细菌(Methylomirabilis oxyfera)以亚硝酸盐为电子受体驱动AOM的研究已被广泛报道。有趣的是，尽管M . oxyfera是一种厌氧生物，它利用好氧途径进行甲烷氧化，通过“氧反硝化”使用自己细胞内形成的氧气。目前，我们对生态生理学和生态学的认识Methylomirabilota菌是有限的。

在Baoli Zhu博士(中国科学院亚热带农业研究所)和Tillmann Lueders博士(德国拜罗伊特大学)领导的研究中，研究了一个富含碘的泉洞，其大气是微氧的，含有高水平的热生甲烷(~3000 ppm)。在洞壁和洞顶上发现了大量的生物膜，形成壮观的钟乳石状景观(图A)。钟乳石状生物膜悬挂在洞顶(A)和星状细胞居住在壁面生物膜(B)。

16S rRNA扩增子测序显示，所有生物膜中均存在好氧甲烷营养体和甲基营养体Methylomirabilota细菌在钟乳石壁生物膜中异常丰富。此外，星形细胞的形态类似M. oxyfera在电镜下直接观察(图B)，提示其存在于被水覆盖的生物膜中。从水下生物膜的宏基因组中，作者组装了一种新的细菌的MAG（后基因组组装基因组），他们将其命名为Candidatus Methylomirabiolis iodofontis。在后基因组中，M. iodofontis16S rRNA的阅读量占总16S rRNA阅读总量的14.3%，表明其在生物膜中的丰度很高。根据这些读码构建了一个完整的M. iodofontis16S rRNA序列，它与M. limnetica的序列具有高度的相似性。然而，基因组的同源性很低（AAI，85.8%；ANI，91.3%），这表明它可能与M. limnetica有不同的生态生理学。

虽然洞穴大气中甲烷浓度较高，但泉水中亚硝酸盐检测不到，硝酸盐浓度较低(<0.2 mg l^－1)． 作者们想知道这种新型Methylomirabilota甲烷氧化菌, M. iodofontis是如何在这样的地球化学环境下在洞穴生物膜中茁壮成长的。因此，他们分析了M. iodofontis基因组并构建了其关键的呼吸途径。令人惊讶的是，除了好氧甲烷氧化和“氧脱氮”途径外，还有一个编码碘酸还原酶的基因簇（IdrP2,P1,B,A），这与其他Methylomirabilota菌（包括M.oxyfera和M.limnetica）不同。这些基因的结构与Pseudomonas sp.SCT和Denitromons sp.IR-12中的相同，催化亚基IdrA的序列也与其他微生物中已知的碘酸还原酶高度相似。这有力地证明了M.iodofontis的碘酸盐还原能力，并使其在富含碘酸盐的环境中具有竞争力。然而，碘酸盐还原和甲烷氧化的活性需要进一步验证。

这些新的令人兴奋的结果扩大了Methylomirabilota甲烷氧化菌多功能性，并增加了可能驱动AOM的电子受体列表。M.iodofontis中碘和碳循环耦合的遗传证据表明，这些微生物在控制甲烷排放方面，特别是在富含碘酸盐的海洋生态系统中，可以发挥重要作用。

A novel Methylomirabilota methanotroph potentially couples methane oxidation to iodate reduction