探秘琵琶湖底：嗜氢一氧化碳利用菌的分布之谜与生态意义

为探究嗜氢一氧化碳利用菌（hydrogenogenic CO utilizers）在低温环境的分布，京都大学研究人员以琵琶湖底沉积物为样本研究。结果发现湖底可能存在此类菌，还可能有新菌种。这对了解其生态功能和多样性意义重大。

在神秘的自然界中，一氧化碳（CO）虽对许多生物有毒，却也是一些厌氧微生物的能量和碳源。其中，嗜氢一氧化碳利用菌更是肩负着消耗有毒 CO、为其他微生物提供能量来源的重要使命，在生态环境中扮演着关键角色。然而，目前关于嗜氢一氧化碳利用菌的研究，大多集中在热液环境，对于其在低温环境，如湖泊、海洋沉积物和土壤中的多样性和分布情况，人们知之甚少。为了揭开这一神秘面纱，来自京都大学（Laboratory of Marine Microbiology, Graduate School of Agriculture, Kyoto University）的研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Limnology》杂志上。

研究人员为了探究嗜氢一氧化碳利用菌在琵琶湖底的分布情况，主要采用了以下几种关键技术方法：首先是采样技术，在 2021 年 10 月，从琵琶湖 72.6 米深处采集了沉积物样本；接着进行厌氧富集培养，模拟不同条件来富集嗜氢一氧化碳利用菌；然后利用 16S rRNA 扩增子测序和宏基因组测序技术，分析微生物的组成和相关基因 。

研究结果

1. 微生物的 CO 消耗活性：通过对添加 CO 的培养瓶进行监测，研究人员发现 CO 含量下降，同时 H₂含量上升，而在无 CO 的对照条件下未检测到 H₂增加 。这表明琵琶湖底沉积物中的微生物具有 CO 消耗活性，暗示潜在的嗜氢一氧化碳利用菌可能栖息于此。
2. 厌氧富集培养中的微生物多样性：研究发现，未培养的沉积物样本中，Chloroflexi 和 Nitrospirae 门的微生物占主导。而在添加 CO 的培养瓶中，Bacillota 门微生物的相对丰度大幅增加。并且，基于 Bray - Curtis 相异度的主坐标分析（PCoA）显示，培养温度对微生物多样性的影响显著。
3. CO 厌氧富集培养中确认的 ASV：利用 16S rRNA 基因扩增子序列数据，研究人员在 CO 厌氧富集培养中确认了一些 ASV。其中，两个优势 ASV 被推断属于 Caloramator australicus。此外，还发现了一些仅在 CO 添加条件下出现的 ASV，部分与已知的 CO 利用菌相关。
4. CO 添加厌氧富集培养中涉及的 CODH 序列：尽管由于多种原核生物在培养中生长等原因，研究人员未成功构建宏基因组组装基因组，但还是在宏基因组数据中发现了 19 个 Ni - CODH 催化亚基样序列。其中 3 个与已知的嗜氢一氧化碳利用菌 Carboxydocella 属的 Ni - CODH 催化亚基氨基酸序列相似度超 80%，这表明嗜氢一氧化碳利用菌存在于 CO 添加的厌氧富集培养中。而其他序列与已知嗜氢一氧化碳利用菌的相似度不高，可能来自新型嗜氢一氧化碳利用菌 。

在结论与讨论部分，研究人员通过对琵琶湖底沉积物的研究，证实了潜在嗜氢一氧化碳利用菌可能存在于该淡水湖沉积物中。一方面，CO 厌氧富集培养 48 小时的实验结果以及气体成分变化分析，都表明了 CO 的消耗和 H₂的产生；另一方面，宏基因组分析发现了与已知嗜氢一氧化碳利用菌相关的 Ni - CODH 样序列。此外，在 ASV 水平的微生物多样性分析中，也发现了具有 CO 利用能力的 Carboxydocella sp. 相关的 ASV。不过，在 CO_B₃中未检测到该 ASV 和相关 Ni - CODH 序列，这意味着 CO_B₃以及琵琶湖底可能存在新型嗜氢一氧化碳利用菌。这项研究不仅为嗜氢一氧化碳利用菌在低温环境中的分布提供了重要依据，还为探索新型嗜氢一氧化碳利用菌开辟了新的方向，对深入了解微生物在生态系统中的功能和多样性具有重要意义。