三合一微生物的发现颠覆了教科书

对环境相关微生物的研究显示出比之前假设更大的多样性

一组研究人员表明，自然界中与环境相关的微生物具有令人难以置信的高度生物多样性。 这种多样性至少是之前已知的 4.5 倍。 研究人员最近在著名期刊上发表了他们的发现 自然通讯 和 FEMS 微生物学评论。

尽管许多与气候相关的过程都受到微生物的影响，并且通常与生物体的惊人多样性有关，但微生物的隐藏世界却经常被忽视。 分类 属于细菌和古细菌（“古细菌”）。 例如，硫酸盐还原微生物将海洋沉积物中三分之一的有机碳转化为二氧化碳。 生成有毒的硫化氢。 从好的方面来说，硫氧化微生物很快将其用作能源并使其无害。

“这些过程在湖泊、沼泽，甚至人类肠道中也发挥着重要作用，以维持自然的平衡和健康，”莱布尼兹 DSMZ 微生物系主任、该研究所教授迈克尔·贝斯特 (Michael Bester) 教授说。 布伦瑞克技术大学微生物学。 一项研究更详细地研究了其中一种新微生物的新陈代谢，揭示了以前无法实现的多功能性。

已经发现了种类繁多的硫酸盐还原微生物。 目前，在细菌和古细菌的 27 个门中发现了硫酸盐还原剂，而不是之前已知的 6 个门。 图片来源：帝斯曼Z

硫循环的临界平衡

硫循环是地球上最重要和最古老的生物地球化学循环之一。 同时，它与碳、氮循环密切相关，更凸显其重要性。 它主要由硫酸盐还原和硫氧化微生物操作。 在全球范围内，硫酸盐还原剂每年转移大约三分之一到达海底的有机碳。 相比之下，硫氧化剂消耗了海洋沉积物中约四分之一的氧气。

当这些生态系统失去平衡时，这些微生物的活动会迅速导致氧气耗尽和有毒硫化氢的积累。 这会造成动物和植物无法再生存的“死亡区”。 这不仅会造成经济损失，例如渔业，还会因破坏当地重要的休闲区而造成社会损失。 因此，了解哪些微生物维持硫循环稳态以及它们如何做到这一点非常重要。

已发表的结果表明，硫酸盐还原微生物的物种多样性至少包括27个门（菌株）。 此前，人们只知道六个门。 相比之下，动物界目前已知的门有 40 个 脊椎动物 它只属于一个门：脊索动物门。

植物果胶降解的示意图——通过硫酸盐还原或通过最近发现的嗜酸细菌中的氧呼吸进行降解。 图片来源：帝斯曼Z

新发现的多功能细菌种类

研究人员能够将其中一种新的“硫酸盐还原剂”映射到研究很少的酸杆菌门，并在生物反应器中对其进行研究。

利用环境微生物学的最新方法，他们能够证明这些细菌可以从硫酸盐还原中获取能量并呼吸氧气。 在所有已知的微生物中，这两种途径通常是相互排斥的。 与此同时，研究人员能够证明，硫酸盐还原酸杆菌可以分解复杂的植物碳水化合物，例如果胶——“硫酸盐还原剂”的另一个先前未知的特性。

研究人员因此颠覆了教科书知识。 他们表明，复杂的植物化合物可以在缺氧的情况下降解，不仅可以像以前认为的那样通过不同微生物之间的协调相互作用来降解，而且还可以通过捷径由单一细菌物种降解。

Stefan Dyskma 博士（左）和 Michael Bester 博士教授在 DSMZ 的生物反应器旁边，可以在那里研究新型“硫酸盐还原剂”。 图片来源：帝斯曼Z

另一个新发现是这些细菌可以利用硫酸盐和氧气来达到这一目的。 DSMZ 和布伦瑞克技术大学的研究人员目前正在研究新发现如何影响碳和硫循环之间的相互作用以及它们与气候相关过程的关系。

参考：

“硫酸盐还原性嗜酸菌的氧呼吸和多糖降解”，作者：Stefan Dijksma 和 Michael Bester，2023 年 10 月 10 日， 自然通讯。
号码：10.1038/s41467-023-42074-z

“具有不同硫酸盐/硫酸盐还原潜力的微生物的全球多样性和推断的生态生理学”作者：Mohi Diao、Stefan Dijksma、Elif Koksoy、David Kamanda Ngugi、Karthik Anantharaman、Alexander Lowe 和 Michael Bester，2023 年 10 月 5 日， FEMS 微生物学评论。
DOI：10.1093/femsre/fuad058