科学家们从深海微生物中发现了新的酶，它们在乙烷的分解中发挥了关键作用，为这些生物的代谢提供了惊人的见解。
深海底部的自然渗漏释放烷烃，这些烷烃是有害污染物，对生命构成潜在风险并助长全球变暖。幸运的是，围绕这些渗漏的沉积物中栖息着微生物，它们充当自然过滤器：在这些烷烃进入海洋和大气之前，它们消耗了大部分这些烷烃。这一过程被称为烷烃的厌氧氧化，虽然重要却鲜为人知。来自德国不来梅的马克斯·普朗克海洋微生物学研究所的研究人员现在发表了一项研究，详细描述了乙烷的分解，这是这些渗漏中第二常见的烷烃。他们研究了参与这一过程的酶，并发现这些发现挑战了长期以来在厌氧生物化学中的信念。他们的发现发表在Nature Communications上。
基因组数据中怀疑缺失的能量获取机制
几年前首次确定了乙烷的厌氧分解，但许多细节仍不清晰。“当我们绘制出这一途径中的化学反应时，我们观察到对参与的生物化学的理解存在显著的空白。这使我们相信这些生物必须通过一种未知的机制获取能量，”首席作者奥利维尔·勒梅尔解释道。该过程中的最后两种酶将乙烷转化为二氧化碳（CO2）。其他微生物利用一种名为铁氧还蛋白的蛋白质来捕获在这一过程生成的电子。“这也被认为适用于乙烷氧化菌。然而，检查这些微生物的基因组时，我们发现它们缺乏利用铁氧还蛋白获取能量所需的酶。因此，必须有另一种机制在起作用。”
通过成功的科学合作完成的具有挑战性的研究
解决这一谜团需要马克斯·普朗克海洋微生物学研究所内部的坚定合作。冈特·维根和他的团队从深海收集了乙烷降解微生物群落，并成功地在实验室中培养，这项任务证明相当具有挑战性。利用这些培养物，特里斯坦·瓦格纳的小组能够分离和研究参与乙烷氧化的酶。“从这样复杂而珍贵的微生物培养物中提取酶相当困难，但我们通过显著的努力和精确实现了这点，”特里斯坦·瓦格纳说。
不同的酶组成导致代谢重塑
近期的分析显示，这两种酶都包含一个附加蛋白，该蛋白通过由铁和硫组成的金属线与主要酶连接。这个亚基使得使用另一种电子受体：F420成为可能，F420是一种基于黄素的分子，对人类也很重要（如维生素B2）。
“CO2产生酶与F420还原酶的组合之前是未知或未考虑的，”特里斯坦·瓦格纳表示。进一步的实验证实这两种酶都利用F420作为电子受体。“这一发现挑战了厌氧代谢中的既定信念，因为它扩展了这些酶的潜在功能。”
“我们相信，将CO2生成与F420作为电子受体结合在一起，可能会增强整个过程。然后，电子通过细胞膜转移到另一个微生物，进行硫酸盐还原，这是烷烃氧化群落的一个常见特征，”冈特·维根解释道。
对乙烷降解理解的重要里程碑
通过揭开这一代谢之谜，勒梅尔和他的同事们照亮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至关重要的作用。它还表明，从几个模型生物中获得的见解不能直接应用于相关物种，因为所涉及的酶可能表现出比先前认为的更大的多样性。“我们的研究突显出我们对这些微生物代谢的有限理解，这些微生物在地球上存在了数十亿年，能够适应各种环境。通过实验方法研究它们至关重要，”瓦格纳总结道。
这项研究具有重要意义，因为这些微生物进行的烷烃氧化是海洋渗漏生物过滤器的一个关键组成部分，帮助防止自然发生的烷烃大量释放到大气和海洋中。
