新型布鲁氏菌WYQ-2利用零价铁驱动CO2 生物固定的转录组学特征与代谢机制研究

本研究针对全球CO2 减排需求，首次分离出以零价铁为电子供体的布鲁氏菌WYQ-2，实现4.7?g/(m3 ·d)的高效CO2 固定率，解析了Wood-Ljungdahl、C4-二羧酸和还原性TCA三条代谢通路，为CCUS技术提供了新型微生物资源与理论支撑。

　　

全球气候变暖背景下，化石燃料燃烧产生的CO₂
排放量已突破36亿吨/年，碳捕集与利用（CCUS）技术成为研究热点。然而传统微生物固碳面临电子供体成本高、路径不明等瓶颈。零价铁因其廉价稳定特性被寄予厚望，但相关菌种资源与分子机制极度匮乏。浙江省科研团队从活性污泥中成功分离出布鲁氏菌WYQ-2，该菌株在80?g/m³
CO₂
和1?g零价铁条件下创下4.7?g/(m³
·d)的固碳效率，耐受浓度高达130?g/m³
，有机碳转化率达95%并生成甲烷、乙酸（36.4?mg/L）等高值产物。

研究采用16S rRNA测序鉴定菌株，通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析代谢产物，结合RNA-seq揭示关键通路。结果显示：1）形态学鉴定确认WYQ-2为无鞭毛杆状菌（2.7×0.4?μm）；2）优化实验表明中性pH最利生长，乙酸产量与Fe⁰
剂量呈正相关；3）转录组发现Wood-Ljungdahl（WL）、还原性三羧酸循环（rTCA）和C4-二羧酸循环协同作用，其中乙酰辅酶A合成酶（ACS）和柠檬酸裂解酶（ACL）基因显著上调；4）铁氧化相关基因簇（如细胞色素c）激活，证实Fe²⁺
/Fe³⁺
循环驱动电子传递。

结论部分指出，该研究首次证实布鲁氏菌属具备铁基固碳能力，突破了对α-变形菌门固碳路径的认知边界。WL通路主导乙酸合成，rTCA循环提供生物量前体，而C4通路可能参与环丁醇合成。这种多路径耦合策略较单一路径菌株效率提升3倍，为工业级生物固碳反应器设计提供理论模型。论文发表于《Bioresource Technology》，其创新性体现于：1）发现耐受66%?CO₂
（v/v）的极端菌种；2）建立铁基固碳的转录调控网络；3）提出"无机铁-有机碳"转化新范式，对实现《中国碳达峰行动方案》中CCUS目标具有重要实践意义。