马克斯-普朗克海洋微生物研究所的研究人员发现了一种产甲烷的微生物如何在有毒的亚硫酸盐上生长而不中毒。甲烷菌是在缺氧的环境中产生甲烷的微小生物体。它们产生的甲烷，例如在反刍动物的消化系统中产生的甲烷在全球碳循环中发挥着重要作用，因为甲烷是一种高能级的温室气体。然而，甲烷也可以作为家庭取暖的能量来源。

【资料图】

现在发表在《自然-化学生物学》上的研究对象是两种海洋嗜热的甲烷菌。Methanothermococcus thermolithotrophicus（生活在65℃左右的地热沉积物中）和Methanocaldococcus jannaschii（喜欢85℃左右的深海火山）。

它们通过产生甲烷获得细胞能量，并以其环境中存在的硫化物形式获得生长所需的硫。

虽然硫化物对大多数生物来说是一种有毒物质，但它对甲烷菌来说是必不可少的，它们甚至可以容忍高浓度的硫化物。然而，它们的致命弱点是有毒和活性的硫化合物亚硫酸盐，它破坏了制造甲烷所需的酶。

在它们的环境中，这两种被调查的生物体偶尔会接触到亚硫酸盐，例如，当氧气进入并与还原的硫化物反应时。它的部分氧化会导致亚硫酸盐的形成，因此，甲烷菌需要保护自己。但它们如何才能做到这一点呢？

Marion Jespersen与纯化的依赖F420的亚硫酸盐还原酶（Fsr）。黑色的颜色来自于参与反应的所有铁。实验是在厌氧室和人工光源下进行的，以保护酶不受氧气和日光的影响。资料来源：特里斯坦-瓦格纳/马克斯-普朗克海洋微生物学研究所

来自德国不来梅的马克斯-普朗克海洋微生物研究所的Marion Jespersen和Tristan Wagner，以及来自凯泽斯劳滕大学的Antonio Pierik，现在提供了一个解毒亚硫酸的酶的快照。这种蝴蝶状的酶被称为依赖F420的亚硫酸盐还原酶或Fsr。它能够将亚硫酸盐转化为硫化物--一种甲烷菌生长所需的安全硫源。

Jespersen和她的同事描述了该酶的工作原理。Jespersen解释说："该酶捕获亚硫酸盐，并直接将其还原为硫化物，例如，它可以被纳入氨基酸中，因此，甲烷菌不会中毒，甚至使用该产品作为其硫源。他们把有毒物质转化成了食物！"

这听起来很简单。但事实上，Jespersen和她的同事们发现，他们所处理的复杂的重叠现象。"亚硫酸盐的还原有两种方式：异化和同化"，Jespersen解释说。"研究中的生物体使用了一种酶，它的构造类似于异化作用的酶，但它使用的是同化作用机制。可以说，它结合了两个世界的优点，至少对它的生活条件来说是如此"。

据推测，来自异化和同化途径的酶都是从一个共同的祖先演变而来的。位于不来梅的马克斯-普朗克研究所的马克斯-普朗克研究小组微生物代谢负责人特里斯坦-瓦格纳补充说："亚硫酸还原酶是古老的酶，对全球硫和碳循环有重大影响。这种名叫Fsr的酶可能是这种古老的原始酶的一个快照，是进化过程中一个令人兴奋的回顾"。

Fsr不仅开启了进化的意义，而且使我们能够更好地了解海洋微生物的迷人世界。只能在亚硫酸盐上生长的甲烷菌规避了使用危险的硫化物，即它们通常的硫磺底物。

"这为研究这些重要的微生物提供了更安全的生物技术应用机会。"瓦格纳说："一个最佳的解决方案是找到一种能够还原硫酸盐的甲烷生成物，它便宜、丰富，而且是完全安全的硫源。"

事实上，这种甲烷生成物已经存在，它就是Methanothermococcus thermolithotrophicus。研究人员假设，Fsr协调了这个硫酸盐还原途径的最后一个反应，因为它的中间产物之一将是亚硫酸。

"我们的下一个挑战是了解它如何将硫酸盐转化为亚硫酸盐，以全面了解这些神奇的微生物的能力"。

标签： 马克斯普朗克 生物技术 云达不来梅体育俱乐部 2019未来