产甲烷古菌介导钒/铬解毒的胞外电子传递途径解析

《Geochimica et Cosmochimica Acta》：Deciphering the extracellular electron transfer pathways to mediate Vanadium/Chromium Detoxification in methanogenic archaea

本研究揭示了产甲烷古菌（Methanosarcina acetivorans）通过膜结合F420:phenazine氧化还原酶复合体（非多血红素c型细胞色素）介导胞外电子传递，将产甲烷途径产生的电子重定向用于还原V(V)/Cr(VI)，为古菌驱动重金属污染修复提供新机制见解。

　　

亮点

M. acetivorans培养物中的V(V)/Cr(VI)暴露实验

首先，将M. acetivorans C2A菌株作为种子接种物进行预培养。如先前所述，该菌株在含有125 mM甲醇（作为唯一碳源）、0.3 g/L硫化钠和0.3 g/L半胱氨酸（作为清除残留氧气的还原剂）的高盐培养基中，在80% N₂/20% CO₂（v/v）的厌氧气氛下，37°C培养至对数生长期。随后，将上述M. acetivorans预培养物接种到...

V(V)和Cr(VI)对M. acetivorans生态生理学的毒性效应表现出浓度依赖性变化

选择2-8 mM V(V)或0.2-1 mM Cr(VI)的浓度来评估V(V)和Cr(VI)对M. acetivorans生态生理学的影响，因为这些范围与污染地下水和土壤中报告的水平大致相当。V(V)或Cr(VI)在培养的第二天，即M. acetivorans的对数生长期加入。选择这个时间点是因为暴露实验通常在微生物处于活跃生长阶段时进行。

毒理学机制

观察到的V(V)和Cr(VI)对M. acetivorans产甲烷生长差异毒性可归因于它们在微生物中已明确的毒理学机制。暴露于V(V)或Cr(VI)会导致微生物细胞膜损伤并破坏能量代谢。这种破坏可能导致从能量代谢泄漏的电子在缺氧条件下转移到痕量氧气或其他含氧电子受体，从而诱导活性氧（ROS）的产生...

结论

我们的研究证实了M. acetivorans能够通过将产甲烷途径产生的细胞内电子重定向用于胞外还原，从而还原V(V)和Cr(VI)。在中等浓度的V(V)和Cr(VI)暴露下，M. acetivorans将V(V)还原为V(IV)，将Cr(VI)还原为Cr(III)，从而减轻了重金属毒性，尽管高浓度的V(V)和Cr(VI)会使其生理活性失活。此外，通过全面的遗传和生化...