北京時(shí)間2025年1月30日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部成都沼氣科學(xué)研究所厭氧微生物科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然（Nature）》上發(fā)表題為“Methanol transfer supports metabolic syntrophy between bacteria and archaea（種間甲醇轉(zhuǎn)移介導(dǎo)細(xì)菌和古菌間的互營(yíng)代謝）”的研究論文。該研究揭示了厭氧微生物產(chǎn)甲醇的新途徑，并提出了第四種細(xì)菌和古菌互作產(chǎn)甲烷模式——種間甲醇轉(zhuǎn)移。這一發(fā)現(xiàn)為理解全球甲烷循環(huán)提供了全新視角，也為“地下沼氣工程”和溫室氣體減排控制技術(shù)開發(fā)帶來(lái)了新思路。
全球每年甲烷排放量高達(dá)5億至6億噸，其中約70%是通過(guò)產(chǎn)甲烷代謝產(chǎn)生的。自然界中，有機(jī)物代謝產(chǎn)甲烷的過(guò)程類似于沼氣發(fā)酵，通常需要細(xì)菌和產(chǎn)甲烷古菌通過(guò)“互營(yíng)代謝”合作完成。以往的研究認(rèn)為，這種代謝主要通過(guò)細(xì)菌與產(chǎn)甲烷古菌間的“種間氫轉(zhuǎn)移”、“種間甲酸轉(zhuǎn)移”或“種間直接電子傳遞”三種模式實(shí)現(xiàn)，主要由氫營(yíng)養(yǎng)型和乙酸營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷古菌負(fù)責(zé)甲烷的產(chǎn)生。然而，對(duì)于自然界廣泛分布的甲基營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷古菌，其在互營(yíng)產(chǎn)甲烷代謝中的生態(tài)功能一直未被明確。
該研究基于熱力學(xué)分析提出了生物甲醇生成的潛在代謝反應(yīng)，并據(jù)此提出“種間甲醇轉(zhuǎn)移”互營(yíng)降解有機(jī)物產(chǎn)甲烷的新模式。隨后，利用團(tuán)隊(duì)自主分離的新科細(xì)菌物種嗜甲酸趙氏桿菌和新科古菌物種勝利甲烷嗜熱微球菌構(gòu)建人工合成菌群，并結(jié)合同位素示蹤、多維組學(xué)等前沿技術(shù)，證實(shí)了細(xì)菌和古菌通過(guò)甲醇轉(zhuǎn)移來(lái)解除熱力學(xué)限制，從而推動(dòng)甲烷的持續(xù)產(chǎn)生。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，嗜甲酸趙氏桿菌能夠通過(guò)一種全新的甘氨酸-絲氨酸循環(huán)介導(dǎo)的代謝途徑將甲酸轉(zhuǎn)化為甲醇。這些發(fā)現(xiàn)不僅闡明了厭氧微生物新資源的生理生態(tài)學(xué)功能，還拓展了對(duì)全球碳素生物地球循環(huán)的認(rèn)知，為地下沼氣工程技術(shù)開發(fā)提供了新的思路和方向。
該研究由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部成都沼氣科學(xué)研究所聯(lián)合日本國(guó)立海洋研究開發(fā)機(jī)構(gòu)、日本北海道大學(xué)、日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所和北京大學(xué)等多家國(guó)內(nèi)外知名研究機(jī)構(gòu)共同完成。研究從啟動(dòng)到發(fā)表歷時(shí)十年，得益于研究所的長(zhǎng)期支持、團(tuán)隊(duì)的接力協(xié)作以及國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)的共同努力?！蹲匀弧冯s志還為本研究配發(fā)了研究簡(jiǎn)報(bào)，介紹了本研究的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用前景。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程和四川省創(chuàng)新群體等項(xiàng)目的大力支持。（經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 常理）
