爱喝“酒”的神秘嗜热古

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传统观点认为，细菌与古菌合作产甲烷只能利用简单的一碳或者二碳化合物，并且主要依赖3种模式：种间氢转移、种间甲酸转移和种间直接电子传递。这里所说的种间，一般是指细菌和古菌之间。

广泛分布于地球多种生态环境中的甲基营养型产甲烷古菌，能将甲醇以及其他含甲基化学基团的化合物转化为甲烷，其背后机制和上述3种都不一样。“它们到底如何产生甲烷，是否也通过类似种间电子传递的方式参与地下碳循环，是一个非常值得探究的问题。”承磊说。

承磊所在的沼气所厌氧微生物实验室已有40余年历史，拥有专业的厌氧微生物研究平台和技术，保藏了1400多种厌氧微生物模式物种。其中，一株2007年分离自我国胜利油田深层油藏的产甲烷古菌，让承磊看到了揭秘甲基营养型产甲烷古菌的希望。

这株产甲烷古菌是一个新物种，由于分离自胜利油田且能在65℃高温下存活而得名胜利甲烷嗜热球菌。它对工作人员“投喂”的甲醇表现出强烈依赖，并能产生甲烷。“这是生长温度最高的甲基营养型产甲烷古菌。”承磊说。

研究人员当时提出一个假设——地下细菌在分解有机物时，可能也会产生电子，并传递给甲基营养型产甲烷古菌。

2016年，承磊团队启动了这项研究，但是能用于产电的细菌主要是中温菌。所以，第一步需要寻找新的高温产电细菌。

“幸运的是，我们那时已经开发了新型的厌氧、无菌、可控温的手套箱，以及半自动化的挑菌仪和快速鉴定系统，突破了厌氧微生物高通量分离筛选的技术瓶颈。”承磊说，他们做了大量的共培养实验，在不断的失败中坚持下来。

论文第一作者、沼气所副研究员黄艳在那时加入了团队，并接手了这个课题。经过两年努力，他们终于建立了细菌和古菌共培养产甲烷体系。

其中的细菌来自承磊团队前期从地下油藏中分离的新物种，它能在高温下生存，而且爱“吃”甲酸，是胜利甲烷嗜热球菌的“好邻居”。为了纪念中国厌氧微生物学奠基人、沼气所研究员赵一章，他们将这一细菌命名为嗜甲酸赵氏杆菌。

2018年，承磊和时任日本产业技术综合研究所（AIST）研究员Masaru K. Nobu交流了研究进展和想法，并达成合作共识——通过联合培养博士研究生，让黄艳带着这个课题读博，进一步开展细菌和古菌互作的分子机制研究。