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2024年8月14日，Nature在线发表维也纳大学Michael Wagner通讯论文，项目人员Marton Palatinszky为文章第一作者。论文题目：Growth of complete ammonia oxidizers on guanidine。
近来，微生物胍代谢受到了广泛关注。胍是一种化学稳定的氮化合物，会随人尿排出，广泛用于塑料制造、作为阻燃剂和推进剂的成分，并且在生物化学中是众所周知的蛋白质变性剂。胍在自然界中广泛存在并被多种微生物用作氮源，但尚未发现以胍为唯一底物生长的微生物。
在不同门类的多种细菌基因组中发现了四类对胍有选择性的核糖开关（结合代谢物或金属离子作为配体并调节 mRNA 表达的 RNA 元素），表明胍是微生物的重要代谢物。在过去的几年证实细菌通过至少三种途径生产胍。一些细菌编码一种乙烯形成酶，该酶在生物乙烯生产中起重要作用，并从精氨酸和 2-酮戊二酸9中产生胍。此外，在链霉菌(Streptomyces lusitanus)合成抗生素萘啶霉素的过程中，精氨酸-4,5-去饱和酶 NapI 会导致胍的副反应。此外，细菌可以将胍基脲转化为氨和胍。这一点尤为重要，因为胍基脲是自然界中最常见的污染物之一，由 2 型糖尿病药物二甲双胍（一种双胍类，也是全球最常用的处方药之一）和肥料添加剂氰基胍（双氰胺）降解形成。在缺乏上述途径的大肠杆菌中，在营养贫乏的条件下也检测到了胍，表明细菌中存在其他胍形成机制。在植物和藻类中，胍也是由同型精氨酸-6-羟化酶产生的。
我们对微生物降解胍的认识也仅处于起步阶段，最近的研究揭示了胍的两种降解途径，细菌不仅利用这两条途径对胍进行解毒，还利用其作为氮源，最终从一个胍分子产生三个氨分子。一种广泛存在的顺序分解途径（图1a ）涉及含生物素和 ATP 依赖性的胍羧化酶、异源羧基胍脱亚胺酶和脲基甲酸酯水解酶，将胍转化为氨和二氧化碳。2021年，在一株集胞藻菌株中描述了一种含镍胍酶，可介导游离胍直接水解为尿素（尿素进一步通过尿素酶转化为氨和二氧化碳）和氨。这种胍酶在生物乙烯生产过程中对胍的解毒起着至关重要的作用，并使蓝藻能够利用胍库作为氮源，而无需消耗 ATP进行降解。
Pathways and genes involved in guanidine degradation
结果表明，完全氨氧化菌(comammox) Nitrospira inopinata 以及可能大多数其他 comammox 微生物可以以胍为唯一能量、还原剂和氮源生长。蛋白质组学、酶动力学和N. inopinata胍酶同源物的晶体结构表明它是一种真正的胍酶。对含有 comammox 的农业土壤和废水处理厂微生物组进行的培养实验表明，胍是环境中硝化作用的底物。胍被鉴定为氨氧化菌的生长底物，这表明这些全球重要的硝化菌具有意想不到的生态位，并为它们的分离提供了机会。
Growth of N. inopinata on guanidine as the sole source of energy, reductant and nitrogen
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