我國學者在烷烴厭氧氧化研究方面取得重要進展

　　在國家自然科學基金項目（批準號：91751205, 41525011, 91428308）等資助下，上海交通大學王風平教授和肖湘教授研究團隊與德國不萊梅Max-Planck海洋微生物研究所開展合作研究，首次發現古菌界多種古菌門類具有烷烴厭氧代謝潛能。研究成果以“Expanding Anaerobic Alkane Metabolism in the Domain of Archaea”（厭氧烷烴代謝在古菌中的拓展）為題，于2019年3月4日發表在Nature Microbiology（《自然?微生物學》）上，王寅炤博士后為該文的第一作者。論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1038/s41564-019-0364-2。

　　甲烷是重要的潛在能源（可形成甲烷天然氣水合物）和溫室氣體，甲烷的產生和消耗（氧化）是自然界碳循環的最重要環節之一，極大地影響和調節了地球氣候/溫度。自然界中甲烷的產生和氧化主要在無氧（厭氧）環境中由屬于原核微生物的古菌來完成。已有的研究長期認為厭氧甲烷代謝反應只集中在廣古菌門（Euryarchaeota）古菌中，具有特異的利用甲基輔酶M還原酶（methyl-coenzyme M reductase，MCR）為關鍵酶的特異代謝途徑。除了活化和產生甲烷，MCR近期還被發現是小分子烷烴丁烷氧化的關鍵酶。近期，除了廣古菌門（Euryarchaeota）古菌，MCR還被發現存在于少量其他古菌門Bathyarchaeota和Verstraetearchaeota中，具體功能尚不明確。

　　該研究通過收集和整理全球公共數據庫中的環境宏基因組和本研究小組得到的南海冷泉區沉積物宏基因組，系統調查研究了MCR的分布特征并分析對應古菌的代謝潛能。研究發現具有烷烴厭氧代謝潛能的古菌在古菌域廣泛分布，除了包括已知的重要古菌門類Euryarchaeota, Bathyarcheaota, Verstraetearchaeotahaeota, 還包括例如Korarchaeota，Hadesarchaeota，Nezhaarchaeota。Nezhaarchaeota是本研究中新命名的潛在古菌新門類，以中國神話人物“哪吒”來命名（如圖）。本研究發現厭氧烷烴產生/氧化廣泛分布于古菌不同類群，暗示烷烴產生/氧化反應是古菌和早期生命的基本特征。還發現一類古菌具有在一個細胞內同時進行甲烷厭氧氧化和硫酸鹽還原的潛能，而目前所有已知的甲烷厭氧氧化古菌都需要與硫酸鹽還原細菌共生。

　　該研究拓展了科學界對自然界烷烴厭氧氧化和古菌的認識，認為烷烴代謝很可能是古菌和早期生命的基本共同生命特征之一，為深入研究生命起源和演化提供了一個新的思路。首次發現古菌具有可在同一個細胞內進行甲烷厭氧氧化和硫酸鹽還原的潛能，將開啟對烷烴厭氧氧化機制新的認識。同時這些基礎研究也有望為認識自然界小分子烷烴化合物資源形成和儲量提供科學依據。