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了解甲烷其来源和汇是微生物学、生物地球化学和气候科学的重要研究课题。所有产甲烷途径都需要甲基辅酶 M 还原酶 (MCR)，该酶复合物催化甲基辅酶 M (CH3-CoM) 和辅酶 B (CoB) 转化为甲烷和异二硫键 (CoM-SS-CoB) 。由于MCR 编码基因在所有已知的产甲烷途径和碳氢化合物的厌氧氧化中都具有重要意义，因此通常用于识别潜在的烷烃循环古菌。几十年来，人们一直认为甲烷生成在分类学上仅限于一类代谢专门的古菌群——Euryarchaeota广古菌。在宏基因组组装基因组 (MAG) 中发现mcr和其他产甲烷标记基因，导致人们提出，古生菌门 Asgardarchaeota、Hadharchaeota 和 Thermoproteota（以前称为 TACK 超门）中的几个谱系可能参与厌氧烷循环。然而，到目前为止，还未培养或可视化广古菌门之外的产甲烷菌，也没有实验证据支持基于宏基因组的代谢预测。
2024年7月24日，最新的Nature研究刊发Montana State University Roland Hatzenpichler通讯论文：Cultivation and visualization of a methanogen of the phylum Thermoproteota，第一及其余作者依次为：Anthony J. Kohtz, Nikolai Petrosian, Viola Krukenberg, Zackary J. Jay, Martin Pilhofer。
与此同时，我国农业农村部沼气科学研究所厌氧微生物创新团队等多家单位，历时7年，利用自主研发的鸡尾酒分离法，首次分离获得佛斯特拉门古菌（Verstraetearchaeota）纯培养物Methanosuratincola petrocarbonis LWZ-6。该文章原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07728-y，相关研究在《科研进展|找寻“隐藏”的甲烷古菌》文章中报道。
在《Cultivation and visualization of a methanogen of the phylum Thermoproteota》文章中，作者结合了培养、显微镜、宏基因组学和宏转录组学、生长实验、稳定同位素示踪和单细胞活性测定，以证明 Thermoproteota 门的一个成员是一种甲基还原氢营养产甲烷菌。此外，我们通过荧光显微镜和低温电子断层扫描 (cryo-ET) 可视化了广古菌门外产甲烷菌的形态和独特的超微结构。
该菌株是从陆地温泉中培养的Candidatus Methanosuratincola verstraetei strain LCB70，是嗜热菌门中古菌纲Methanomethylicia（以前称为 Verstraetearchaeota）的成员。生长实验结合活性测定、稳定同位素示踪以及基因组和转录组分析表明，这种嗜热古菌通过甲基还原氢营养甲烷生成生长。低温电子断层扫描显示，Ca. M. verstraetei 是具有古菌和化学感受器阵列的球状细胞，它们可以形成连接两到三个细胞的细胞间桥，具有连续的细胞质和 S 层。Ca. M. verstraetei的广泛环境分布表明它们可能在各种缺氧栖息地的碳循环中发挥重要且迄今被忽视的作用。
Fig. 1: Characterization of the methanogenic enrichment culture.
Fig. 2: Translational activity and conversion of stable isotope tracers.Fig. 3: Proposed methane and hydrogen metabolism in Ca. M. verstraetei strain LCB70.
Fig. 4: Cryoelectron tomography of LCB70 cells.
参考文献
Kohtz, A.J., Petrosian, N., Krukenberg, V. et al. Cultivation and visualization of a methanogen of the phylum Thermoproteota. Nature (2024). https://doi-org.uaccess.univie.ac.at/10.1038/s41586-024-07631-6
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