《突破传统认知：F420?替代铁氧还蛋白，揭示深海乙烷厌氧氧化新机制》

《BIOspektrum》：F420 statt Ferredoxin: Neue Einblicke in die anaerobe Oxidation von Ethan

为探究深海微生物乙烷氧化机制，研究人员分析了 Ca. Ethanoperedens thermophilum 和 Ca. Desulfofervidus auxilii 的菌群，发现 ACDS 和 Fwd/Fmd 可将乙烷氧化为CO2?并还原F420，为微生物能量代谢研究提供新视角。

　　

深海乙烷厌氧氧化研究：F420?取代铁氧还蛋白的新发现

在神秘的深海世界里，微生物的活动对全球物质循环起着至关重要的作用，其中烷烃的氧化过程是关键一环。乙烷作为深海中第二常见的烷烃，它在深海环境中的氧化机制一直是科学家们关注的焦点。以往的研究认为，乙酰辅酶 A 脱羧酶 / 合成酶（ACDS）和甲酰甲烷呋喃脱氢酶 Fwd（钨异构体）或 Fmd（钼异构体）会将电子传递给铁氧还蛋白（ferredoxin）。然而，令人困惑的是，相关微生物却并不具备氧化铁氧还蛋白的系统。这种矛盾现象让该领域的研究陷入僵局，也促使科研人员重新审视这一过程，开展新的研究以解开谜团。

为了深入探究这一复杂的生物过程，来自国外的研究人员奥利弗?勒迈尔（Oliver Lemaire）等人展开了一项深入研究，该研究成果发表在《BIOspektrum》上。研究人员聚焦于由 Ca. Ethanoperedens thermophilum 和 Ca. Desulfofervidus auxilii 组成的菌群，这一菌群能够将乙烷氧化为CO2?。

在研究过程中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先，他们从深海沉积物中富集该菌群，并在实验室中稳定培养。然后，运用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳（Nativ - PAGE）、十二烷基硫酸钠 - 聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS - PAGE）、尺寸排阻色谱（SEC）、质谱（MS）以及 X 射线晶体学等技术，对 ACDS 和 Fwd/Fmd 进行分离和分析。

研究结果如下：

1. ACDS 结构与功能：催化性 ACDS 亚复合物 CODH 呈现α2?ε2?ζ2?结构，在 [4Fe - 4S]₃簇中存在稳定的钾离子，这暗示着该复合物的嗜热适应性。同时，CODH 中还存在一个疏水通道，可允许 CO 或CO2?扩散。ζ 亚基的 N 端起到电子桥的作用，将 CO 氧化与F420还原相耦合。
2. Fwd 结构与功能：Fwd 异源六聚体与产甲烷菌中的 Fmd 具有相似性，乙烷通过甲酰甲烷呋喃被氧化为CO2?。研究人员由此推断，反应方向更多取决于电子供体和受体，而活性中心的作用相对较小。F420?还原酶 FwdI 通过六个 [4Fe - 4S] 簇获得电子，这与甲酸盐氧化存在耦合关系。
3. 氧化途径与电子传递：ACDS 通过一氧化碳将乙烷氧化为CO2?，而 Fwd 则通过甲酰甲烷呋喃进行乙烷的氧化过程。同时，这两个系统都会还原F420和铁氧还蛋白，但还原铁氧还蛋白的效率较低，且在生理上意义不大。

综合研究结果，研究人员得出结论：在深海乙烷氧化过程中，F420?在电子传递中发挥了比铁氧还蛋白更重要的作用。这一发现表明微生物进化能够使氧化还原机制适应特定的环境条件，为嗜乙烷微生物的能量守恒提供了新的见解。该研究的菌群就像是一个生物过滤器，能够减少深海来源的烷烃向环境中的释放，对维持深海生态系统的平衡具有重要意义。这一研究突破了传统认知，为深海微生物代谢、生物地球化学循环等领域的研究开辟了新的方向，也为后续相关研究提供了重要的理论基础和研究思路。