德国不来梅的科学家对深海微生物中在乙烷降解过程中发挥关键作用的新型酶进行了鉴定，揭示了这些生物代谢中的惊人秘密。
深海海底的渗漏会自然排放烷烃，这是一种对生命有潜在危害并会导致全球变暖的污染物。幸运的是，渗漏周围的沉积物中存在微生物，它们充当生物过滤器：它们会在烷烃释放到海洋和大气中之前消耗掉大部分烷烃。这种所谓的烷烃厌氧氧化是一种重要但尚不为人所知的微生物过程。
来自德国马克斯普朗克海洋微生物研究所和不来梅马鲁姆海洋环境科学中心的科学家现在对渗漏中第二丰富的烷烃乙烷的降解进行了研究。
他们鉴定了参与该过程的酶，发现其反应打破了厌氧生物化学领域的既定教条。他们的研究结果发表在《自然通讯》上。
基因组数据怀疑能量回收机制存在缺失
乙烷的厌氧氧化几年前就被描述过，但其中的许多秘密仍有待解开。“当我们在纸上画出该途径的化学反应时，我们发现了大量未知的生物化学空白。我们推断，所涉及的生物体必须通过一条未知的途径获取细胞能量，”第一作者OlivierLemaire解释道。
该过程的最后两种酶从乙烷中生成二氧化碳(CO2)。其他微生物使用一种名为铁氧还蛋白的蛋白质来吸收沿途产生的电子。“乙烷氧化剂也假设如此。然而，当我们研究微生物的基因组时，我们发现它们没有通过使用铁氧还蛋白获取细胞能量的酶工具。因此，一定有其他因素在起作用，”Lemaire说。
通过成功的科学合作完成的一项具有挑战性的研究
解决这个谜题要归功于合作机构的密切合作。冈特·韦格纳和他的团队设法从富含天然气的热液喷口采集沉积物样本，并在实验室中培养出乙烷降解微生物群落，尽管这是一项非常艰巨的任务。
利用这些培养物，TristanWagner团队成功分离并鉴定了参与乙烷氧化的酶。“从如此珍贵而复杂的微生物培养物中分离酶是一项真正的挑战，但我们付出了很多努力和细致的努力，”Wagner说。
现已发表的分析表明，这两种酶都含有一种额外的蛋白质，通过由铁和硫原子组成的线路与酶的其余部分电子连接。这个亚基允许使用另一种电子受体：F420，一种基于黄素的分子，黄素是一类对人类也很重要(例如维生素B2)的化学物质。
“二氧化碳生成酶和F420还原酶的酶化合物以前是未知的，”Wagner说道。研究人员通过额外的实验证实，这两种酶都使用F420作为电子受体。“这一发现打破了厌氧代谢科学领域的教条，因为它扩展了这些酶的功能。”
“我们推测CO2生成与F420作为电子受体的结合可能会刺激整个过程。然后电子通过细胞膜转移到另一种微生物上，从而还原硫酸盐，这是烷烃氧化联合体中的常见原理，”GunterWegener说道。
了解乙烷降解的里程碑
通过阐明这一代谢之谜，勒梅尔及其同事揭示了乙烷降解微生物的一个关键方面，这些微生物在碳循环中发挥着重要作用。它还表明，从少数模式生物中获得的知识不能简单地转移到相关物种上，而且所涉及的酶可能比预想的更加通用。
瓦格纳总结道：“我们的研究表明，我们对这些微生物的新陈代谢知之甚少，它们已经在地球上生活了数十亿年，能够适应如此多的环境，因此通过实验手段了解它们是多么重要。”
该项研究影响深远，因为这种微生物进行的烷烃氧化过程是海洋渗漏中存在的生物过滤器的重要组成部分，可防止自然产生的烷烃大量流出到大气和海水中。因此，该项研究为微生物在有机物转化中的作用提供了重要的见解。