重新审视Moorella属的一氧化碳代谢特性并发现新种：揭示嗜热乙酰菌的碳代谢普适性

本研究针对Moorella属细菌的一氧化碳(CO)代谢能力争议，通过分离两株新型嗜热乙酰菌（AZ13.I代表新种M. naiadis，AZ24.1为M. humiferrea新菌株），结合基因组分析与培养实验，证实所有已分离Moorella菌种均具备CO代谢能力，修正了此前关于M. humiferrea和M. mulderi不能利用CO的认知，为嗜热菌在合成气发酵中的应用提供新候选菌株。

　　

在微生物能源转化领域，嗜热乙酰菌因其能将工业废气中的一氧化碳(CO)和氢气/二氧化碳(H₂
/CO₂
)转化为高附加值化学品而备受关注。其中Moorella属作为研究最深入的嗜热乙酰菌群，其代谢多样性一直存在未解之谜——尽管多数菌株能利用CO，但早期研究认为模式菌株M. humiferrea (DSM 23265^T
)和M. mulderi (DSM 14911^T
)缺乏该能力。这种矛盾认知阻碍了对该属代谢潜力的全面评估，也限制了其在合成气生物转化中的应用探索。

为澄清这一科学问题，荷兰的研究团队从葡萄牙亚速尔群岛的火山沉积物中分离出两株新型嗜热乙酰菌，通过多组学方法系统研究了Moorella属的CO代谢特性。研究发现不仅新分离的菌株具有CO代谢能力，此前被认为不能利用CO的模式菌株经过适当培养后也展现出该功能，最终证实CO代谢是Moorella属的普适性特征。这项发表于《Systematic and Applied Microbiology》的研究，为嗜热菌在工业废气转化中的应用拓展了菌种资源。

研究采用的关键技术包括：从火山沉积物中进行严格厌氧培养分离；通过16S rRNA基因和120个保守蛋白标记的系统发育分析确定分类地位；全基因组测序和功能注释解析代谢潜能；气相色谱(GC)和高效液相色谱(HPLC)监测代谢产物；以及环境宏基因组数据挖掘评估菌株分布特征。

【研究结果】

1. 新菌株分离与特性
   从亚速尔群岛Furnas湖（47.2°C）和陆地热泉（62.6°C）分离的AZ13.I和AZ24.1均为革兰阳性产芽孢杆菌。AZ13.I代表新种Moorella naiadis（基因组GC含量55.65%），其与最近亲缘菌株的ANI值仅89.9%；AZ24.1经鉴定为M. humiferrea新菌株（与模式菌株ANI达98.7%）。两菌株均能在55-65°C下利用CO产乙酸，其中AZ13.I还能同步消耗H₂
   /CO₂
   ，展现合成气转化潜力。

2. CO代谢能力的重新定义
   突破性发现是：此前报道不能利用CO的M. humiferrea (DSM 23265^T
   )和M. mulderi (DSM 14980^T
   )经过1个月适应期后均成功生长于CO培养基，分别产生6.3mM和6.9mM乙酸。基因组分析揭示所有Moorella菌株均含有保守的CODH/ACS基因簇（含acsA-E基因），但产氢菌株（如M. stamsii）额外具有独立的cooS-Ech基因模块。

3. 环境分布特征
   通过707,499个宏基因组和16S rRNA数据的挖掘，发现Moorella菌广泛分布于全球11种环境中，包括水生系统、热液区和生物反应器。新种M. naiadis在污泥和生物阴极中有检出，而M. thermoacetica和M. humiferrea分布最广，但部分物种因采样局限显示地域特异性。

【结论与意义】
该研究彻底改变了对Moorella属代谢能力的认知：CO利用并非部分菌株的特异性状，而是该属的保守特征。这一结论解决了长期存在的分类学争议，并为理解嗜热乙酰菌的进化适应提供了新视角。实际应用方面，能同时转化CO和H₂
/CO₂
的AZ13.I菌株，展现出优于传统菌株M. thermoacetica的工业应用潜力——其可在55°C高温下工作，既能降低污染风险，又有利于挥发性产物的气提回收。

研究还揭示了代谢表型差异的分子基础：产乙酸与产氢菌株的关键区别在于是否具有独立的cooS-Ech基因模块。这一发现为定向改造工业菌株提供了分子靶点。值得注意的是，部分菌株需长达1个月的适应期才能表现CO代谢能力，这提示未来分离嗜热羧化菌时应延长培养观察时间。

这项研究不仅完善了Moorella属的代谢理论框架，更通过发现新种和重新定义已知菌株功能，为开发更高效的合成气生物转化系统奠定了菌种基础。随着对嗜热乙酰菌能量守恒机制（如Ech复合体与I型NADH脱氢酶的协同作用）的深入研究，这类微生物在碳中和领域的应用前景将更加广阔。