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为解决产甲烷古菌在高通量筛选及培养条件优化中的难题，研究人员开展新型气体压力控制器（GPC）用于气体利用型产甲烷古菌培养的研究。结果显示 GPC 可精准调控，获高甲烷产率等数据。其为相关生物技术发展提供支撑。
在资源日益紧张的当下，微生物学和生物技术致力于探寻可持续的生产方式。其中，气体发酵和古菌生物技术备受瞩目。产甲烷古菌（methanogens）作为一类特殊的厌氧微生物，能将气态碳转化为甲烷等物质，在碳循环和生物能源生产中意义非凡。然而，这类微生物的研究却面临诸多困境。一方面，在科研和技术应用领域，对产甲烷古菌的探索还远远不够；另一方面，在进行生物工艺开发前，难以在高通量筛选环境中精准地对其进行特性分析，而且传统的封闭批次培养模式存在气体底物供应不佳等问题，导致生长动力学失衡，不利于相关过程的建模和放大。
为突破这些困境，来自奥地利维也纳大学（Universit?t Wien）、约翰内斯?开普勒大学林茨分校（Johannes Kepler Universit?t Linz）等机构的研究人员展开了深入研究。他们研发出一种新型装置 —— 气体压力控制器（Gas and Pressure Controller，GPC），并借助该装置对产甲烷古菌进行研究。这项研究成果发表在《AMB Express》上，为该领域带来了新的曙光。
研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先，选取了 5 种自养型、氢营养型产甲烷古菌菌株，如马氏甲烷杆菌（Methanothermobacter marburgensis）、炽热甲烷菌（Methanotorris igneus）等 ，在封闭批次培养环境下进行实验。利用 GPC 实现自动化供气、清洗、鼓泡和加压操作，通过实时监测压力变化，结合特定算法处理数据，从而获取甲烷生成动力学等关键信息。
在研究结果部分，研究人员发现不同产甲烷古菌呈现出各异的生长和甲烷生成特性。在温度方面，嗜热和超嗜热产甲烷古菌在培养初期，顶空压力会迅速下降，这表明微生物的代谢活动和生长极为活跃。随着时间推移，转化速率加快，直至达到拐点。例如，马氏甲烷杆菌在约 7.06 小时内表现出最佳性能，而超嗜热产甲烷古菌达到拐点的时间更早，炽热甲烷菌为 3 小时，威氏甲烷球菌（Methanocaldococcus villosus）为 3.3 小时，詹氏甲烷球菌（Methanocaldococcus jannaschii）为 3.7 小时。在甲烷生成速率上，詹氏甲烷球菌展现出最高的体积甲烷生成速率（MER），达到58.24±1.20mmolL?1h?1 ，随后依次是炽热甲烷菌、马氏甲烷杆菌和威氏甲烷球菌。在特定甲烷产率（qCH4 ）方面，超嗜热产甲烷古菌表现突出，炽热甲烷菌的qCH4 高达420.21±89.46mmolg?1h?1 ，詹氏甲烷球菌为364.52±25.50mmolg?1h?1 ，威氏甲烷球菌为356.38±20.79mmolg?1h?1 ，均远超马氏甲烷杆菌（169.59±12.52mmolg?1h?1 ）。不过，马氏甲烷杆菌的qCH4 在较长时间内保持相对稳定。此外，不同菌株的生长模式也有所不同，马氏甲烷杆菌、炽热甲烷菌和詹氏甲烷球菌达到了指数增长，而威氏甲烷球菌仅呈现线性增长。
研究人员还对 GPC 装置进行了深入分析。虽然该装置在气体发酵研究中优势显著，但也存在一些局限性。例如，系统气密性至关重要，橡胶塞损坏可能导致压力损失，进而影响实验准确性；实验过程中可能产生水蒸气，若设计不当，水蒸气会积聚在管道内，影响实验；而且在实验操作中，需避免针头与液体接触，否则易造成污染和设备损坏。在数据处理方面，虽然运用了多种数据过滤步骤去除背景数据，但严格的数据修剪可能导致数据丢失，且甲烷生成动力学和生物质生产动力学的评估时间并不完全一致。
从整体来看，该研究具有重要意义。GPC 的出现，让研究人员能够更深入地了解自养型、氢营养型产甲烷古菌的生理和生物技术特性。它不仅消除了气体限制，使微生物在近乎最佳的条件下生长，还确定了此前未知的超嗜热产甲烷古菌的高qCH4 值。此外，GPC 能够精准判断液体限制的发生，为高通量实验提供了重要依据，有助于确定限制因素。同时，该装置还可用于大规模生物质生产，推动了气体发酵和古菌生物技术领域的发展，为后续的生物工艺开发和优化奠定了坚实基础。
