小偷也有“职业操守”？微生物“窃取”必需化合物以分解甲烷和有毒甲基汞
由能源部橡树岭国家实验室和密歇根大学领导的一个团队发现，某些细菌可以从其他微生物中窃取一种必需化合物，以分解环境中的甲烷和有毒甲基汞。
这些发现可为旨在操纵这些微生物以减少甲烷（一种强大的温室气体）排放和甲基汞（一种可在食物供应中积累的强效神经毒素）的排放提供信息的策略提供信息。
发表在ISME 杂志上的这项研究发现，以前被认为无法降解甲基汞的某些类型的甲烷氧化菌或消耗甲烷的细菌实际上可以在环境中分解它。这种活动是可能的，因为微生物配备了细胞机器来吸收和使用由其他微生物产生的称为甲烷杆菌素的化合物。
甲烷氧化菌在自然界中广泛存在。它们生活在甲烷和空气界面附近，例如最顶层的土壤、河流沉积物和湿地，在那里它们可以获取氧气，同时以从下面的缺氧或缺氧环境中流出的甲烷为食。
这些细菌在碳循环中发挥着关键作用，消耗了其他被称为产甲烷菌的微生物产生的大量甲烷。这种自然平衡对于限制甲烷排放很重要，甲烷在地球大气变暖方面的效力是二氧化碳的 25 倍。
了解更多关于甲烷进料器功能的方式可能会指出使用它们的方法，就像控制甲烷排放的杠杆一样。新知识还可以更好地为预测地球未来的气候模型提供信息。
研究人员在研究另一个全球性问题：汞污染时发现了这些新的甲烷氧化菌行为。ORNL 在与汞相关的突破方面有着悠久的历史，包括他们 2013 年发现的基因，使微生物能够将汞转化为毒素甲基汞。
2017 年，ORNL 领导的团队率先证明了一些甲烷氧化菌可以分解甲基汞，这一过程称为去甲基化。他们的最新发现建立在该发现的基础上，表明比以前已知的更多的甲烷氧化菌可以降解甲基汞。
随着我们对甲烷营养活动的新见解，我们可能能够更有效地操纵这些微生物群落，以减少甲烷排放并增强环境中的汞解毒，ORNL 公司研究员和生物地球化学家顾宝华说。
作弊者?
甲烷氧化菌正在寻找最简单、最快的食物供应，目标是单碳化合物，如甲烷和甲基汞，它们具有相似的化学结构。这些微生物还需要铜来为其代谢过程提供燃料。正是这种对铜的需求可以限制甲烷营养活动，促使微生物使用许多不同的方法在环境中寻找铜源。
一些甲烷氧化菌使用表面蛋白质来固定铜。其他人分泌一种叫做甲烷杆菌素或 MB 的化合物，它与环境中的铜结合并促进铜的获取。该团队之前的研究结果表明，只有具有产生 MB 的遗传和代谢机制的细菌才能分解甲基汞。
研究人员的最新发现表明，一些不产生 MB 的甲烷氧化菌可以通过使用其他甲烷氧化菌分泌的 MB 来解毒甲基汞。换句话说，他们偷了它。
他们实际上就是我们所说的作弊者，密歇根大学微生物学家 Jeremy Semrau 说，以前已经观察到这种情况，其中一种微生物产生对一般社区有益的东西，而其他微生物则窃取它。这使某些甲烷氧化菌能够满足其对铜的需求。
研究小组还表明，成功窃取 MB 需要甲烷氧化菌具有名为 mbnT 的基因，该基因能够产生一种称为 TonB 转运蛋白的特定蛋白质。恰如其分地命名，这种蛋白质将 MB 和相关的铜移动到微生物中，从而使甲基汞和甲烷分解。
UM 的科学家设计了一种不含 mbnT 基因的甲烷氧化菌菌株，ORNL 的团队分析了样品中的汞。这些微生物中 mbnT 基因和转运蛋白的去除有效地削弱了它们吸收 MB 或解毒甲基汞的能力。
这些见解可以为解决环境中汞污染的未来途径提供信息。
我认为这是一个很好的战略，我们可以利用甲烷氧化菌来帮助修复受汞污染的场地，而且这实际上可能在某种程度上自然而然地发生，Semrau 说。
另一块拼图
甲烷氧化菌在环境中很常见，但关于它们的活动仍有很多需要了解的地方。由 ORNL 环境科学家 Scott Brooks 领导的一个团队与密歇根州 Semrau 的团队合作，在 East Fork Poplar Creek 发现了几种新型甲烷氧化菌，这是一条流经橡树岭保护区的受汞污染的溪流，已经研究了数十年。
布鲁克斯和他的团队一直在研究生物膜，这是一种复杂的藻类和细菌群落，它们以“绿色粘液”的形式积聚在小溪岩石上。尽管生物膜只有几张堆叠的信用卡那么厚，但它们是汞和营养物加工的热点。
ORNL 团队此前曾发现，这些生物膜中的缺氧口袋中含有微生物，这些微生物将汞转化为毒性最强的形式：甲基汞。他们最近在这些相同生物膜的富氧凹槽中发现了甲烷氧化菌，这意味着甲基汞分解也在小溪中自然发生。
有一些非常陡峭的化学梯度和浓度变化发生在非常小的距离内，布鲁克斯说。这包括“在十分之几毫米内消失”的溶解氧。
这些微小的氧气口袋足以让甲烷氧化菌茁壮成长。初步分析表明，产生甲基汞的微生物活性超过了分解毒素的甲烷氧化活性。通过进一步的研究，科学家们有可能确定使甲基汞降解平衡的方法。
这是并行工作的两个不同研究项目的完美结合，布鲁克斯说，我们看到的东西彼此一致，这有助于我们确认这些复杂微生物群落中汞循环发生了什么。