微生物的共营奇缘

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“从2019年到日本读博起，我与合作者想尽各种办法，验证古菌和细菌是通过种间直接电子传递方式产生甲烷的。”黄艳说。

然而，“花式”验证了一年多，实验却毫无进展。“我挺发愁的，一度觉得这个课题要‘挂掉’。”黄艳说。

一天夜里，黄艳再次回想起白天的实验，在厌氧菌里添加了导电材料，但是并没有出现文献报道的情况——如果古菌和细菌通过种间直接电子传递方式产生甲烷，应该可以看到产甲烷速率增加的趋势。

一个模糊的念头一闪而过：“难道它们之间不是依靠直接电子传递方式？”这个想法在黄艳脑中越来越清晰。她决定第二天用不能导电却可以透过一些物质的渗透膜把古菌和细菌分开，看看它们还能不能产甲烷。

实验结果出乎意料，古菌依然可以正常产出甲烷。

黄艳猜测，如果古菌和细菌之间不是通过种间电子传递，那么极有可能是一种新的互作机制。她兴奋地向导师、AIST上级主任研究员Souichiro Kato提出新猜想。不料，Kato非常淡定地说：“去证明它。”

“我们通过热力学计算提出地下微生物可能代谢甲酸盐——地下另一种常见的单碳化合物，从而生成甲醇。热力学特征表明，将甲酸盐转化为甲醇的微生物，需要与利用甲醇的微生物建立紧密的共生关系，这涉及互营代谢作用。”黄艳说，于是研究团队尝试从培养、基因表达情况、代谢分析等角度证明这个假设。

“甲酸盐的消耗和甲醇的生成符合预测的化学计量比例，但在少量甲醇积累后，代谢就停止了。”承磊说。

黄艳发现，在他们构建的细菌和古菌共培养产甲烷体系中，嗜甲酸赵氏杆菌对甲酸盐的降解直接与产甲烷古菌的甲烷生成相耦合。

“这就像细菌酿了一壶‘假酒’，自己喝不下，古菌却甘之如饴。”承磊解释道，“这种互作不仅突破了热力学限制，还开辟了第四种产甲烷模式。我们证明了甲醇从细菌转移到产甲烷古菌，从热力学角度可定义为一种新的互营代谢模式——种间甲醇转移。”