《自然通讯》发现生物代谢中的惊喜：消耗乙烷的古细菌的代谢秘密被揭开

来自不来梅马克斯普朗克海洋微生物研究所的科学家们描述了深海微生物中具有乙烷降解过程关键功能的新型酶，揭示了这些生物代谢中的惊喜。

　　

海底深处的渗漏自然会释放出烷烃，这是一种对生命有潜在危险的污染物，并会导致全球变暖。幸运的是，渗漏周围的沉积物中有宿主微生物，它们起到了生物过滤器的作用：在烷烃释放到海洋和大气之前，它们会消耗掉大部分烷烃。这种所谓的烷烃厌氧氧化是一种重要的但鲜为人知的微生物过程。来自德国不来梅的马克斯·普朗克海洋微生物研究所的科学家们现在提出了一项关于乙烷降解的研究，乙烷是渗漏中第二丰富的烷烃。他们对参与该过程的酶进行了表征，发现他们的反应打破了厌氧生物化学领域的既定教条。他们的研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

从基因组数据推测，这是能量回收机制中缺失的一部分

乙烷的厌氧氧化在几年前就被描述出来了，但它的许多秘密仍有待揭开。“当在纸上画出这一途径的化学反应时，我们发现了未知生物化学的巨大空白。我们推断，相关生物体必须通过未知的途径获取细胞能量，”第一作者奥利维尔·勒梅尔解释说。该过程的最后两种酶从乙烷中产生二氧化碳（CO2）。其他微生物使用一种叫做铁氧还蛋白的蛋白质来吸收沿途产生的电子。这在乙烷氧化剂中也是假设的。然而，当我们观察微生物的基因组时，我们发现它们没有酶工具来利用铁氧还蛋白获得细胞能量。因此，一定有别的东西在起作用。”

通过成功的科学合作完成的一项具有挑战性的研究

多亏了马克斯·普朗克海洋微生物研究所的密切合作，才有可能解开这个谜团。Gunter Wegener和他的团队从深海中采集了乙烷降解微生物群的样本，并设法在实验室中培养它，尽管这是一项非常艰巨的任务。利用这些培养物，Tristan Wagner小组成功地分离并描述了乙烷氧化过程中涉及的酶。“从如此珍贵和复杂的微生物培养物中分离酶是一个真正的挑战，但我们付出了很多努力和一丝不苟”，Tristan Wagner说。

不同的酶组成导致了新陈代谢的重新布线

现在发表的分析表明，这两种酶都含有一种额外的蛋白质，通过一根由铁和硫组成的金属丝与酶的其余部分电子连接。这个亚基允许使用另一种电子受体：F420，一种基于黄素的分子，黄素是一类对人类也很重要的化学物质（例如维生素B2）。

“这种二氧化碳形成酶和f420还原酶的组合以前从未被描述或怀疑过。”研究人员通过额外的实验证实，这两种酶都使用F420作为电子受体。“这一发现打破了无氧代谢科学领域的教条，因为它扩展了这些酶的功能。”

“我们认为，二氧化碳生成与F420作为电子受体的耦合可能会刺激整个过程。然后，电子通过细胞膜转移到另一种微生物身上，还原硫酸盐，这是烷烃氧化菌群的一个常见原理。”

这是了解乙烷降解的里程碑

通过阐明这个代谢之谜，Lemaire和他的同事揭示了乙烷降解微生物的一个关键方面，它在碳循环中起着重要作用。它还表明，从一些模式生物中获得的知识不能简单地转移到相关物种上，而且所涉及的酶可能比想象的更通用。”我们的研究表明，我们对这些微生物的新陈代谢知之甚少，这些微生物在我们的星球上生活了数十亿年，可以适应如此多的环境，通过实验手段了解它们是多么重要，”瓦格纳总结道。

该研究具有深远的影响，因为此类微生物进行的烷烃氧化过程是海洋渗漏中存在的生物过滤器的重要组成部分，可以防止自然产生的烷烃大量外排到大气和海水中。