2024年8月3日，农业农村部成都沼气科学研究所厌氧微生物团队联合上海交通大学海洋学院等多家单位在《Nature Communications》发表了题为“Thermophilic Hadarchaeota grow on long-chain alkanes in syntrophy with methanogens”的研究论文，发现了第三种烷烃降解产甲烷模式 –– 烷烃降解古菌和产甲烷古菌的互作模式。

    目前生物降解烷烃产甲烷过程主要有两种模式：（i）烷烃降解细菌与产甲烷古菌互营完成；（ii）单一古菌（e.g., Ca. Methanoliparum）降解烷烃产甲烷。然而，对产甲烷环境的宏基因组分析发现其他古细菌具有烷烃降解的潜力，但无法形成甲烷，这表明存在其他共养碳氢化合物降解模式。本研究通过富集培养结合多组学实验证明存在古菌––古菌依赖的第三种碳氢化合物降解产甲烷的代谢模式。

    该研究采集了腾冲温泉沉积物样品，在60°C条件下以十六烷为底物进行了长达两年多的富集培养，获得了产甲烷富集培养物（图1）。结合宏基因组学、宏转录组学和代谢组学分析发现，Hadarchaeota古菌门的一个类群被显著富集，并将其命名为Ca. Melinoarchaeum sp.（图2）。该类群的基因组中缺少甲基辅酶M还原酶（MCR）基因，但可利用烷基辅酶M还原酶（ACRs）激活十六烷，并进一步降解为二氧化碳、氢和乙酸。这些产物被氢营养型产甲烷古菌Methanothermobacter和乙酸营养型产甲烷古菌Methanothrix利用产生甲烷。这一发现揭示了古菌-古菌互营的新的生物降解产甲烷模式（图3），解释了为什么在产甲烷环境中经常观察到没有典型产甲烷途径但含acr的古菌的MAGs，扩展了对烷烃降解产甲烷代谢的认识。

图1. 长链烷烃培养体系的构建及带标记甲烷及二氧化碳的生成

图2. 长链烷烃培养体系中Ca. Melinoarchaeum fermentans sp.被富集

图3 烷烃降解产甲烷模式

该研究得到国家自然基金、中国农业科学院农业科技创新项目等支持。农业农村部沼气科学研究所承磊研究员和上海交通大学王风平教授为共同通讯作者，上海交通大学余甜甜助理研究员，农业部沼气科学研究生博士生付琳和上海交通大学王寅炤副教授为论文共同第一作者。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50883-z