首例伊图鲁普岛井中分离的Ignavibacteria纲硝酸盐还原菌——Pyranulibacter aquaticus新属新种的发现与特性研究

本研究从俄罗斯千岛群岛伊图鲁普岛深井中分离出Ignavibacteria纲首个硝酸盐还原菌株4301-MeT，通过多组学分析确立其为Melioribacteraceae科新属Pyranulibacter的模式种。该菌在50–55°C、pH 6.7–7.0条件下可降解纤维素/几丁质等多糖，兼具硫/砷/铁等多电子受体还原能力，为理解地下生物圈微生物适应机制提供新案例。

　　

在太平洋火山带活跃的千岛群岛深处，隐藏着微生物学家梦寐以求的"生命盲盒"。俄罗斯伊图鲁普岛440米深的13k井口涌出的46°C热水中，存在着一个未被科学界认知的微生物世界。这片被称为"地球最后边疆"的地下生物圈，因其采样难度大、培养条件苛刻，至今仍是微生物多样性研究的空白区域。尤其令人困惑的是，尽管分子生物学检测反复证实Ignavibacteria纲微生物广泛存在于深海热液、油气田等极端环境，但能够被成功分离培养的菌株却寥寥无几——在Pyranulibacter aquaticus被发现前，全球仅有5个有效发表的Ignavibacteria纲菌种。

俄罗斯科学院的研究团队通过长达两年的持续攻关，首次从该岛深井水样中分离出编号4301-Me^T的神秘菌株。这个革兰氏阴性、能形成玫瑰状聚集体的小家伙，在实验室里展现出惊人的环境适应能力：它既能在55°C高温下分解纤维素和几丁质这些顽固多糖，又能切换多种代谢模式——从有氧呼吸到利用硫/砷/铁化合物进行无氧呼吸。更关键的是，其基因组分析揭示这是Ignavibacteria纲中首个具有硝酸盐还原能力的菌株，填补了该类群微生物氮循环功能研究的空白。相关成果发表在《Technical Innovations》上，为理解地下生态系统的物质循环提供了新的理论支点。

研究人员采用梯度稀释法结合Hungate厌氧培养技术，从原始水样中获得纯培养物。通过透射电镜观察细胞超微结构，结合表型微阵列系统（Phenotype MicroArray）全面分析代谢特征。采用Illumina平台完成全基因组测序，通过GTDB-Tk和PhyloPhlAn进行系统发育定位，使用antiSMASH分析次级代谢产物基因簇。

【采样与分离】部分显示，该菌株在含0.1%硝酸盐的R2A培养基中经三次传代纯化获得。电镜照片清晰显示其独特的双膜细胞壁结构和单极鞭毛，这种特殊构造可能与其在深层地下水中的运动能力相关。

【表型特性】部分揭示其广谱代谢能力：除能利用淀粉、木聚糖胶等9种多糖外，还能还原Fe-柠檬酸盐、水铁矿等难溶性铁化合物。最引人注目的是其温度适应性跨度达21°C（37–58°C），且在无酵母膏条件下仍能旺盛生长，这与其他Ignavibacteria纲菌种形成鲜明对比。

【系统发育】数据显示，其16S rRNA基因与最接近的亲戚Rosettibacter primus相似性仅94.7%，基因组平均核苷酸相似度（ANI）<85%，远低于属级划分阈值。系统基因组学分析确认其代表Melioribacteraceae科的新进化支，研究者据此建立Pyranulibacter新属。

在讨论环节，作者着重强调该发现的三重意义：首先，这是全球首例从深井环境分离的Ignavibacteria纲硝酸盐还原菌，扩展了对该类群生理多样性的认知；其次，其独特的多糖降解酶系为开发新型生物催化剂提供资源宝库；最后，该菌株对砷/铁等重金属的转化能力，为污染环境生物修复提供潜在工具菌种。研究同时指出，该菌基因组中检测到完整的硝酸盐还原酶基因簇（narGHJI），但其在自然生境中的具体生态功能仍需进一步研究。

这项研究不仅为《伯杰氏系统细菌学手册》增添了一个新属，更启示我们：在地球深处这个"微生物诺亚方舟"中，可能还蕴藏着更多等待发现的代谢奇迹。随着Pyranulibacter aquaticus模式菌株（保藏编号：CGMCC 1.18061^T）的公开，相信将引发对极端环境微生物资源开发利用的新一轮探索热潮。