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Nature正刊！承磊研究员团队联合日本团队揭示第四种细菌—古菌互作产甲烷模式

发布时间：

2025-02-05

北京时间2025年1月30日，农业农村部成都沼气科学研究所厌氧微生物科技创新团队在国际学术期刊《自然（Nature）》上发表题为“Methanol transfer supports metabolic syntrophy between bacteria and archaea”的研究论文。该研究揭示了厌氧微生物产甲醇的新途径，并提出了第四种细菌和古菌互作产甲烷模式——种间甲醇转移。这一发现为理解全球甲烷循环提供了全新视角，也为“地下沼气工程”和温室气体减排控制技术开发带来了新思路。

北京时间2025年1月30日，农业农村部成都沼气科学研究所厌氧微生物科技创新团队在国际学术期刊《自然（Nature）》上发表题为“Methanol transfer supports metabolic syntrophy between bacteria and archaea”的研究论文。该研究揭示了厌氧微生物产甲醇的新途径，并提出了第四种细菌和古菌互作产甲烷模式——种间甲醇转移。这一发现为理解全球甲烷循环提供了全新视角，也为“地下沼气工程”和温室气体减排控制技术开发带来了新思路。

全球每年甲烷排放量高达5亿至6亿吨，其中约70%是通过产甲烷代谢产生的。自然界中，有机物代谢产甲烷的过程类似于沼气发酵，通常需要细菌和产甲烷古菌通过“互营代谢”合作完成。以往的研究认为，这种代谢主要通过细菌与产甲烷古菌间的“种间氢转移”“种间甲酸转移”或“种间直接电子传递”三种模式实现，主要由氢营养型和乙酸营养型产甲烷古菌负责甲烷的产生。然而，对于自然界广泛分布的甲基营养型产甲烷古菌，其在互营产甲烷代谢中的生态功能一直未被明确。

该研究基于热力学分析提出了生物甲醇生成的潜在代谢反应，并据此提出“种间甲醇转移”互营降解有机物产甲烷的新模式。随后，利用团队自主分离的新科细菌物种Zhaonella formicivorans和新科古菌物种Methermicoccus shengliensis构建人工合成菌群，并结合同位素示踪、多维组学等前沿技术，证实了细菌和古菌通过甲醇转移来解除热力学限制，从而推动甲烷的持续产生。进一步的研究发现，Z. formicivorans能够通过一种新的代谢途径将甲酸转化为甲醇。这些发现不仅阐明了厌氧微生物新资源的生理生态学功能，还拓展了对全球碳素生物地球循环的认知，为地下沼气工程技术开发提供了新的思路和方向。

该研究由农业农村部成都沼气科学研究所联合日本国立海洋研究开发机构、日本北海道大学、日本产业技术综合研究所和北京大学等多家国内外知名研究机构共同完成。日本国立海洋研究开发机构Masaru K. Nobu主任研究员、日本产业技术综合研究所Souichiro Kato上级主任研究员以及农业农村部成都沼气科学研究所承磊研究员为论文共同通讯作者。农业农村部成都沼气科学研究所黄艳副研究员为论文第一作者，刘来雁助理研究员、博士生付琳和研究助理杨敏参与了本项研究工作。Kensuke Igarashi主任研究员为研究工作提供了技术方法支持，Daisuke Mayumi主任研究员指导并完成了同位素检测与分析工作，北京大学陆雅海教授在数据分析和论文修改过程中给予了指导和帮助。

本研究从启动到发表历时十年，得益于研究所的长期支持、团队的接力协作以及国内外团队的共同努力，才得以顺利发表。这也成为了一种互作共赢的合作典范。《自然》杂志还为本研究配发了题为“Underground bacteria serve alcohol to methane-making microbes”的研究简报，介绍了本研究的科学发现与应用前景。

该研究得到了国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程和四川省创新群体等项目的大力支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08491-w

论文研究简报：https://doi.org/10.1038/d41586-025-00199-9 (2025)

承磊博士是国家杰青获得者，主要从事厌氧微生物资源与利用研究，团队拥有国内一流的厌氧微生物研究平台，保藏了1400多种厌氧微生物模式物种，分离了非广古菌门产甲烷古菌（Nature 2024），证实了第五条产甲烷新途径（Nature 2022）、发现了第四种细菌和古菌互作产甲烷模式（Nature 2025）。最近团队致力于生物产甲烷代谢调控与改造、人工合成石油烃等多学科交叉研究，拟招聘2-3名具有化学生物学、结构生物学、基因编辑等研究背景的博士后开展合作研究。期待与您分享美食、美景和美妙的研究！欢迎联系蔡老师（caixiaoqin@caas.cn）咨询。

高通量微生物分离培养服务

菌株分离从来都是微生物领域研究的重点和难点，需采用多种培养方案，结合MALDI-TOF质谱检测和16S rRNA基因测序为鉴定手段，从样本中大规模分离培养微生物的方法组学，被用于获得样本中大量微生物物种，包括“未培养微生物”或“难以培养微生物”。但传统的培养组学从复杂的微生物生态系统中分离微生物时仍存在劳动密集型、程序繁琐和效率低下等缺点。

美格基因与厌氧生物首席科学家承磊团队联合推出：高通量微生物分离培养服务，该服务是以培养组学作为技术基础，同时利用高通量智能化设备，可以从人体、动物、土壤、水体、发酵食品、植物等多种来源中分离、鉴定和培养样品中所含微生物。其克服了传统培养组学的不足，极大提升交付速度和标准。获得的微生物实物可用于研究其生长特性、生理功能、代谢功能、与宿主和环境的相互作用等，或与测序结果互为补充以更真实全面反映样品的微生物组状态。

本服务包括【非定向微生物分离培养服务】和【定向微生物分离培养】。前者着重尽可能分离得到样品中存活的不同微生物物种，后者主要分离特定生物学分类或具有特定功能的目标微生物，如芽孢杆菌属、双歧杆菌属或乳杆菌科等。