回答瓦斯神秘
份额的百分之十,天然气乙烷是第二个最常见的组成部分,存在于根深蒂固的土地和海洋世界各地的天然气储备。到目前为止,还不清楚如何退化乙烷在缺乏氧气。一组研究人员从亥姆霍兹环境研究中心的(UFZ)解决了这个谜,经过15年多的研究工作与同事合作马克斯普朗克研究所的海洋微生物在不来梅。在微生物文化从墨西哥海湾沉积物样品,科学家们发现了一个氧化archaeon乙烷。单细胞生物已命名Candidatus Argoarchaeum ethanivorans,字面意思就是“增长缓慢的乙烷食者”。现在发表在《自然》杂志上的一篇文章中,研究人员描述乙烷降解的代谢途径。
研究者展示了极大的耐心解决厌氧降解的神秘的饱和碳氢化合物。博士2002年,UFZ微生物学家弗罗林Musat,当时进行研究Bremen-based马克斯普朗克研究所的海洋微生物,收到了沉积物样本来自墨西哥湾。样本收集了从天然气渗漏在水深超过500米。花了十多年的培养努力获得足够数量的文化包含archaeon——作为详细的实验来解码的基础结构和微生物群落的代谢。定期测量期间,弗罗林Musat承认乙烷氧化硫酸耦合减少硫化氢。“很长一段时间,我们认为乙烷是由细菌的厌氧降解以类似的方式,丁烷和丙烷的退化,但是我们无法确定代谢产品典型的细菌的氧化机制,“Musat说。
为了揭开的秘密乙烷氧化、Musat,自2014年以来一直在UFZ工作,利用保留技术平台提供的可能性。中心化学显微镜(保留)结合了大量的大型设备,允许高效、快速、敏感的生物样品的化学分析,结构和表面纳米尺度。例如,Musat的团队用荧光显微镜表明Candidatus Argoarchaeum ethanivorans文化的主导份额占总细胞数的65%左右,而两个硫酸还原Deltaproteobacteria约占30%。代谢物和蛋白质的特点是高分辨率质谱技术和单个微生物的化学成分和空间组织是由Helium-ion-microscopy NanoSIMS。使用这些方法,研究人员证明了archaeon负责乙烷氧化为二氧化碳,以及随之而来的硫化细菌减少硫酸盐。
此外,他们发现Candidatus Argoarchaeum ethanivorans不形成聚合物与合作伙伴在乙烷氧化细菌,与文化有辱人格的甲烷、丙烷和丁烷。“archaeon和两种类型的细菌主要是免费的细胞生长。纳米细胞间连接的线调节电子的转移,如与其他文化,都不见了,”Musat说。出于这个原因,一个令人兴奋的问题仍然存在:如何Argoarchaeum和细菌相互作用?Metagenome分析表明硫酸盐还原archaeon并不拥有已知基因。这意味着电子从乙烷氧化必须转移到硫酸盐还原细菌。NanoSIMS开展的调查表明,这种转移可能发生通过硫化合物。“古生菌获得能量从一个明显的乙烷氧化复杂syntrophy cross-feeders(社区)和硫酸还原伴侣,“Musat说。
在他们寻找电子转移的机理,使用helium-ion-microscope Musat的团队调查了文化。分析导致一个意想不到的发现:Candidatus Argoarchaeum小细胞囊泡形式,仍然附着在不寻常的小簇,表明古生菌除以出芽。
最后,在基因组的Candidatus Argoarchaeum ethanivorans,科学家们确定所有必要的基因功能methyl-coenzyme M reductase-like酶,催化作用的乙烷的厌氧降解的第一步。使用超高分辨率质谱,他们也能找到这种酶的产物,ethyl-coenzyme m .进一步的基因组和蛋白质组分析后确定的基因和酶反应,从而破解完整的代谢途径。
到目前为止,研究厌氧乙烷氧化主要基础。但是更进一步,研究者的研究结果也可以用于工业应用。“我们现在知道短链烃的降解的机制烷基呈爆炸式还原酶,和我们假设相反的反应可能是可行的。如果证明,这意味着使用这些或类似微生物生物技术生产碳氢化合物,”Musat说。这可能标志着开始的新的生物技术的应用程序产生合成燃料,例如,像能源丰富的丁烷。丁烷每升含有更多的能量,并且可以更容易比甲烷液化——这个概念弗罗林Musat和他的团队将为未来的研究关注。
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参考
厌氧氧化的乙烷古生菌从海洋油气渗透。歌曲可以Chen Niculina Musat,奥利弗·j . Lechtenfeld Heidrun Paschke,马蒂亚斯·施密特,Nedal说,丹尼Popp来说,Federica花茎甘蓝,Hryhoriy Stryhanyuk, Ulrike Jaekel, Yong-Guan朱,萨曼莎·b·乔伊Hans-Hermann Richnow,弗里德里希Widdel &弗罗林Musat。自然(2019),https://doi.org/10.1038/s41586 - 019 - 1063 - 0。
