非生长条件下产氢合成共培养体系的代谢互作解析：基于多物种代谢通量分析的能量耦合机制

【编辑推荐】本研究通过多物种代谢通量分析（mMFA）揭示了非生长条件下产氢共培养体系（Rhodopseudomonas palustris与Clostridium butyricum）的能量耦合机制。研究发现，光合细菌R. palustris通过捕获光能驱动H2和乳酸生成，而C. butyricum通过底物水平磷酸化（SLP）和电子分岔（electron bifurcation）维持生存，二者形成协同代谢网络，显著提升氢产量。该研究为可再生能源开发提供了新思路。

　　

Highlight

共培养体系的氢产量显著高于纯培养

混合培养（R. palustris与C. butyricum）在有机酸（OAs）上的累计H₂产量呈现两阶段特征：第一阶段（25小时）产氢0.23 mmol，第二阶段（96小时）达0.77 mmol。而纯培养的R. palustris仅在48小时后启动产氢，且总量低于共培养体系。

结论

代谢模型揭示了非生长条件下C. butyricum与R. palustris的互作机制：R. palustris是主要产氢菌，其光合活性提升驱动了还原力（NADH）向H₂和乳酸的转化；C. butyricum则通过消耗乙酸和乳酸，依赖底物水平磷酸化（SLP）和电子分岔（electron bifurcation）维持生存。这种能量耦合关联可能为长期菌群共存提供基础。

CRediT作者贡献声明

Diego Francisco Morales-Mendivelso：研究设计、数据分析、论文撰写；Elvia Inés García-Pe?a：经费支持、论文修订；Juan Silvestre Aranda-Barradas：方法开发；Ricardo Axayacatl González-García：模型验证；Edgar Salgado-Manjarrez：实验指导。

利益冲突声明

作者声明无潜在利益冲突。

致谢

感谢墨西哥Secihti机构对博士生Morales Mendivelso的资助支持。