《瘤胃中 Ruminococcus albus 与 Methanobrevibacter 种间氢转移共生互作的转录组学与代谢响应研究》

《Animal Microbiome》：Transcriptomic and metabolic analyses of interspecies hydrogen and electron transfer during syntrophic growth of Ruminococcus albus 7 with four different hydrogen-utilizing Methanobrevibacter strains

【字体：大中小】 时间：2026年10月15日 来源：Animal Microbiome 4.5

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　　`` 摘要背景反刍动物产生的甲烷是全球温室气体排放的主要人为来源，这一过程由瘤胃中的甲烷菌驱动，这些甲烷菌利用微生物发酵的最终产物——氢气（H?）。Ruminococcus albus是一种主要的瘤胃纤维素分解菌，在碳水化合物发酵过程中产生氢气，为二氧化碳还原和甲烷菌产生甲

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摘要

背景

反刍动物产生的甲烷是全球温室气体排放的主要人为来源，这一过程由瘤胃中的甲烷菌驱动，这些甲烷菌利用微生物发酵的最终产物——氢气（H?）。Ruminococcus albus是一种主要的瘤胃纤维素分解菌，在碳水化合物发酵过程中产生氢气，为二氧化碳还原和甲烷菌产生甲烷提供电子。然而，目前对于产氢细菌与利用氢气的甲烷菌在种间氢转移过程中的相互作用机制仍知之甚少。因此，本研究调查了R. albus 7与四种利用氢气的Methanobrevibacter（Mbb）菌株共生生长相关的转录组和代谢响应。

结果

比较了R. albus 7与Mbb. smithii PS、Mbb. ruminantium M1、Mbb. boviskoreani AbM4或Mbb. sp. D5纯培养及共培养下的转录组和代谢特征。与纯培养相比，R. albus 7中的氢代谢显示出hydABC基因上调，而hydA2基因和乙醇脱氢酶基因下调。这些转录变化导致乙醇产量降低，乙酸盐产量增加，表明在共培养条件下碳流向乙酸盐，从而增强了ATP的生成。对Methanobrevibacter菌株的转录组分析显示，在与R. albus 7共培养时，参与氢营养型甲烷生成的基因（包括甲酸脱氢酶和辅酶F₄₂₀氢化酶）上调。R. albus 7中的生物膜形成相关基因及Methanobrevibacter菌株中的粘附素基因也上调，这可能促进了微生物的聚集，从而有利于氢的转移。在与Mbb. boviskoreani AbM4和Mbb. sp. D5共培养时，R. albus 7选择性地上调了硫和甲硫氨酸代谢相关基因，同时这些甲烷菌中O-乙酰高丝氨酸硫基化酶基因的表达增加，表明硫氨基酸代谢存在协同作用。总体而言，这些结果表明氢代谢、能量保存、微生物聚集和营养交换存在菌株间的差异。

结论

综上所述，R. albus 7与Methanobrevibacter之间的共生相互作用不仅限于种间氢转移，还包括微生物聚集和菌株特异性的代谢相互依赖性。本研究观察到的菌株特异性调控和代谢响应加深了我们对瘤胃中甲烷生成相关微生物相互作用的理解。

背景

反刍动物产生的甲烷是全球温室气体排放的主要人为来源，这一过程由瘤胃中的甲烷菌驱动，这些甲烷菌利用微生物发酵的最终产物——氢气（H?）。Ruminococcus albus是一种主要的瘤胃纤维素分解菌，在碳水化合物发酵过程中产生氢气，为二氧化碳还原和甲烷菌产生甲烷提供电子。然而，目前对于产氢细菌与利用氢气的甲烷菌在种间氢转移过程中的相互作用机制仍知之甚少。因此，本研究调查了R. albus 7与四种利用氢气的Methanobrevibacter（Mbb）菌株共生生长相关的转录组和代谢响应。

结果

比较了R. albus 7与Mbb. smithii PS、Mbb. ruminantium M1、Mbb. boviskoreani AbM4或Mbb. sp. D5纯培养及共培养下的转录组和代谢特征。与纯培养相比，R. albus 7中的氢代谢显示出hydABC基因上调，而hydA2基因和乙醇脱氢酶基因下调。这些转录变化导致乙醇产量降低，乙酸盐产量增加，表明在共培养条件下碳流向乙酸盐，从而增强了ATP的生成。对Methanobrevibacter菌株的转录组分析显示，在与R. albus 7共培养时，参与氢营养型甲烷生成的基因（包括甲酸脱氢酶和辅酶F₄₂₀氢化酶）上调。R. albus 7中的生物膜形成相关基因及Methanobrevibacter菌株中的粘附素基因也上调，这可能促进了微生物的聚集，从而有利于氢的转移。在与Mbb. boviskoreani AbM4和Mbb. sp. D5共培养时，R. albus 7选择性地上调了硫和甲硫氨酸代谢相关基因，同时这些甲烷菌中O-乙酰高丝氨酸硫基化酶基因的表达增加，表明硫氨基酸代谢存在协同作用。总体而言，这些结果表明氢代谢、能量保存、微生物聚集和营养交换存在菌株间的差异。