奇妙古菌吃的是煤，產的是甲烷

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甲烷（CH4）是重要的燃氣，生活中用的甲烷大部分來自油氣田開採。許多煤礦也產生甲烷，這可能鮮為人知，不過大家可能都聽說過煤礦開採的死敵——「瓦斯爆炸」，而瓦斯的主要成分就是甲烷。大氣中的甲烷約有7%來自煤礦礦床，對溫室效應有很大貢獻。但在自然條件下，煤炭如何轉變成甲烷呢？是什麼物質參與了化學反應？哪種微生物起到了關鍵作用？最近，日本國立先進工業科技研究所（AIST）的Yoichi Kamagata和SusumuSakata等科學家在Science上發表文章，揭示了問題的部分答案。他們發現了一種產甲烷古菌，這種微生物能將煤炭中的一些有機物直接轉化成甲烷，其中涉及的代謝過程在此前不為人知。（Methane productionfrom coal by a single methanogen.Science,2016,354, 222-225, DOI: 10.1126/science.aaf8821）

煤炭不是單純的碳單質，而是非常複雜的惰性有機物混合體，微生物很難靠吃煤炭過活。但作為地球上最古老的主人，微生物總能超越人類的想像，比如產甲烷微生物。不過，已知的產甲烷生物只能利用二氧化碳、甲基胺、醋酸鹽等含碳小分子製造甲烷。通過對煤礦中微生物群落的分析，科學家認為微生物食物鏈將煤炭中複雜的分子變成更簡單、更易「消化」的分子，滋養了產甲烷生物。而不同的煤礦中佔據統治地位的產甲烷生物種類也不盡相同。哪些有機物直接變成了甲烷則一直是個謎團。

圖1. 研究者培育的兩種甲熱球菌能將37種不同的甲氧基化合物轉化成甲烷（全是白色即不能轉化）。圖片來源：Science

如今，最新的研究發現甲熱球菌屬（Methermicoccus，古菌）的產甲烷生物能夠將甲氧基化合物直接轉化成甲烷，繞過了整個微生物食物鏈。研究者報道了37種不同的甲氧基化合物均可作為產生甲烷的原料。不過寸有所長，尺有所短，甲熱球菌不能將醋酸鹽或二氧化碳變成甲烷。

圖2. 甲熱球菌將2-甲氧基苯甲酸代謝為2-羥基苯甲酸和甲烷的反應速率。圖片來源：Science

這也預示了甲熱球菌的代謝不同於其他產甲烷生物。在這一代謝過程中，一種此前未知的甲基轉移酶起了關鍵作用。這也說明，即便是在大基因組時代，培育罕見菌對於發現新的代謝途徑仍然是非常重要的。

這一新發現顯然具有很大的研究和應用價值。地球表面有大量高等植物產生的木質素有機質沉澱，其中就包括很多含甲氧基的化合物。既然煤炭中的甲烷能通過甲氧基化合物直接產生，那麼是否還存在其他未知的產甲烷生物利用別的複雜有機物製造甲烷呢？如果確實如此，煤炭礦床將成為比頁岩氣更具優勢的甲烷來源。當然，現在煤礦的甲烷產生速度很慢，還不足以商業化開採。但把從煤炭到天然氣的代謝機制搞清楚，是邁嚮應用的最重要一步。

氘評：

如果能發現新的去O-甲基酶，對能源、催化、有機合成、藥物開發等很多領域都有重要意義。

1.http://science.sciencemag.org/content/354/6309/222

2.http://science.sciencemag.org/content/354/6309/184

（本文由氘氘齋供稿）

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