一种古菌将长链脂肪酸氧化与产甲烷作用结合起来

《Nature》：A single archaeon couples long-chain fatty acid oxidation to methanogenesis

　　

摘要

在深层地下生物圈中，复杂有机化合物通过厌氧降解生成甲烷和二氧化碳是一种常见现象，长期以来人们认为这一过程需要共生的合作，其中甲烷菌仅负责利用简单的C₁和C₂底物。热力学分析、多组学研究以及微宇宙实验表明，某些古菌菌株确实具备降解复杂底物的能力^1,2,3,4,5,6。然而，相关实验在纯培养条件下的验证尚未充分进行。本研究从中国的一个石油储层中分离出一种嗜热古菌Methanoglobus dolicholipophagus AA-75，该菌属于Archaeoglobi类群。AA-75菌株不仅能将甲醇转化为甲烷和二氧化碳以及乙酸，还能利用C7:0至C18:0的饱和脂肪酸以及C16:1、C18:1和C18:2的不饱和脂肪酸来生成甲烷。我们将这种甲烷生成方式称为“脂质依赖型甲烷生成”（lipotrophic methanogenesis），其机制结合了脂肪酸的β-氧化、Wood–Ljungdahl途径、经典的甲基-四氢甲诺醇辅酶M转移酶和甲基辅酶M还原酶复合体，以及细胞内的电子传递系统。在甲烷生成过程中，甲醛-甲醇途径可能作为C₁代谢的辅助路线。由硬脂酸生成的甲烷含有中等程度的¹³C富集（δ¹³C–CH₄?=??40.0‰至?36.3‰），这与典型甲烷生成途径中明显的¹³C耗竭现象不同。这些发现表明，甲烷菌完全可以作为复杂有机物的主要降解者，这挑战了传统的共生模式，并要求我们进一步完善关于深层地下生物圈碳循环的现有模型。