深海热泉超嗜热古菌Pyrococcus yayanosii代谢组学分析揭示其极端环境适应机制

【编辑推荐】本研究针对深海超嗜热古菌Pyrococcus yayanosii代谢组学分析技术不足的问题，通过优化甲醇-乙腈-水溶剂体系结合珠磨破碎和固相萃取(SPE)技术，建立LC-HRMS分析方法，首次系统揭示其氧化磷酸化和碳氮代谢通路特征，为理解深海热泉生态系统能量流动和物质循环提供新视角。

　　

在神秘深邃的海洋底部，高温高压的热液喷口如同外星世界，孕育着地球上最顽强的生命形式——超嗜热古菌。这类微生物在95℃高温和52 MPa高压的极端条件下仍能繁衍生息，其生存奥秘一直是科学家探索的焦点。然而，现有代谢组学技术难以准确捕捉这些"极端战士"的真实代谢状态，传统提取方法对热稳定性差的小分子物质回收率低，且无法全面覆盖其特有的代谢网络。

上海交通大学的研究团队选择深海热泉代表性物种Pyrococcus yayanosii A1为研究对象，通过创新性优化代谢物提取技术，成功绘制出迄今最完整的超嗜热古菌代谢图谱。这项发表在《Next Research》的研究，不仅揭示了该菌株独特的能量代谢策略，更为理解深海极端生态系统的运行机制提供了关键线索。

研究采用三大核心技术：首先优化溶剂系统，对比甲醇/乙腈/水不同配比提取效率；其次建立珠磨破碎结合固相萃取(SPE)的样品前处理流程；最后采用超高效液相色谱-高分辨质谱(UPLC-HRMS)进行非靶向代谢组学分析。所有实验样本均取自标准TRM培养基培养的指数生长期菌体，培养基严格厌氧处理并添加1% Na₂S除氧。

【Strain and Cultivation】
研究选用Pyrococcus yayanosii A1菌株，在含0.5%胰蛋白胨、0.1%酵母提取物和0.5%淀粉的改良海洋肉汤中培养，95℃、0.1 MPa条件下收获指数期细胞，为后续分析提供标准生物样本。

【Extract method optimization】
通过多变量统计评估，确定最佳提取溶剂为甲醇:乙腈:水(2:2:1)，配合珠磨破碎实现细胞高效裂解。固相萃取净化步骤显著提高极性代谢物回收率，特别是对热不稳定的氨基糖和有机酸类物质。

【Conclusions】
研究首次系统揭示P. yayanosii富含氧化磷酸化和碳氮代谢通路特征，发现其压力适应相关代谢物（如色氨酸和海藻糖）的浓度变化规律。这些发现证实该菌通过重构能量代谢网络和渗透调节系统来应对极端环境。

这项研究的意义在于：方法学上建立了超嗜热微生物代谢组学研究的新标准；理论上阐明了深海古菌适应极端环境的代谢基础；应用层面为开发新型耐高温酶和生物修复技术提供靶点。特别值得注意的是，研究发现该菌株可能参与深海热泉生态系统的硫循环和初级生产力形成，这对理解地球早期生命演化具有启示价值。研究获得国家重点研发计划（21106082）和上海交大医工交叉基金（YG2017QN65）支持，由Lei Feng和Xuanlin Meng等学者共同完成。