美專家發(fā)現(xiàn)細(xì)菌生成甲烷的關(guān)鍵機(jī)制

甲烷細(xì)菌是能夠產(chǎn)生可燃?xì)怏w甲烷的一種微生物。美國(guó)斯坦福大學(xué)的科學(xué)家日前發(fā)現(xiàn)了這種細(xì)菌在制造甲烷時(shí)吸取電子、代謝二氧化碳的關(guān)鍵機(jī)制。這一成果有望為建立“微生物工廠”，生產(chǎn)可再生生物燃料提供新途徑。

作為沼氣的主要成分，甲烷是供暖和發(fā)電的重要燃料。甲烷細(xì)菌通常生活在沉積物和污泥中，那里的有機(jī)物分解或細(xì)菌發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生氫和其他分子。甲烷細(xì)菌能借助這些氫及其他物質(zhì)分子吸取電子，進(jìn)而用電子與周邊環(huán)境的二氧化碳發(fā)生代謝反應(yīng)，維持自身生命。在這一代謝過程中會(huì)生成甲烷。

長(zhǎng)期以來，科學(xué)界一直在研究上述電子是如何被甲烷細(xì)菌吸取的。斯坦福大學(xué)若熱·多伊茨曼和同事在新一期美國(guó)期刊《微生物學(xué)》上報(bào)告說，他們發(fā)現(xiàn)甲烷細(xì)菌所合成的氫化酶對(duì)其吸取電子、生成甲烷至關(guān)重要。

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員把甲烷細(xì)菌及其培養(yǎng)物放在燒瓶中，通過石墨電極向燒瓶中穩(wěn)定提供電子，并注入二氧化碳?xì)怏w。結(jié)果燒瓶?jī)?nèi)生成了甲烷氣體，證明甲烷細(xì)菌吸取了電子，并代謝二氧化碳。但研究人員同時(shí)還發(fā)現(xiàn)有氫氣產(chǎn)生。

研究人員在相同條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)，所不同的是將甲烷細(xì)菌菌株作了基因改造，使其不能自行合成氫化酶。結(jié)果甲烷氣體的生成大為減少，證實(shí)氫化酶對(duì)甲烷細(xì)菌吸取電子發(fā)揮了重要作用。

此后開展的進(jìn)一步研究證實(shí)，上述氫化酶會(huì)吸附在電極表面并發(fā)生反應(yīng)，在產(chǎn)生氫氣的同時(shí)，直接從電極表面吸收電子，進(jìn)而將電子輸送給甲烷細(xì)菌，供其代謝二氧化碳并生成甲烷。

研究人員表示，上述發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家制造出高性能電極，供某些微生物合成可再生的生物燃料。此外，開發(fā)大型“生物反應(yīng)堆”，讓甲烷細(xì)菌把空氣中的二氧化碳和由電極提供的電子轉(zhuǎn)化為甲烷，是一個(gè)碳排放為零的過程，在保護(hù)生態(tài)方面具有重要意義。