首次得到證實(shí)！古菌可降解石油產(chǎn)甲烷

近日，蘭州大學(xué)泛第三極環(huán)境中心生物地球化學(xué)循環(huán)團(tuán)隊(duì)的劉鵬飛教授與農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所承磊研究員團(tuán)隊(duì)、深圳大學(xué)高等研究院李猛教授團(tuán)隊(duì)、德國馬普海洋微生物研究所甘特·韋格納(Gunter Wegener)教授團(tuán)隊(duì)深度合作，首次證實(shí)了古菌Ca.Methanoliparia具有獨(dú)立降解烷烴產(chǎn)甲烷的能力。

石油是一種重要的能源物質(zhì)和工業(yè)生產(chǎn)原料，而經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的開采，出現(xiàn)了大量的“老舊”油井，常規(guī)的開采手段已經(jīng)無法有效高效進(jìn)行原油開采。

1999年，科學(xué)家在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章，證實(shí)在無氧的條件下，原油中的細(xì)菌和古菌合作，可以將復(fù)雜的石油化合物(主要是烷烴類化合物)轉(zhuǎn)化為甲烷。基于這一發(fā)現(xiàn)及后續(xù)研究，科學(xué)家提出了一種基于厭氧微生物的，廉價(jià)、清潔的微生物開采技術(shù)——“原油生物氣化”技術(shù)，希望通過微生物的作用，將深部油藏中難以開采的石油轉(zhuǎn)化為天然氣，實(shí)現(xiàn)殘余原油的再次開采。然而既往的研究表明，降解石油產(chǎn)甲烷的過程由細(xì)菌和古菌通過合作的方式完成，耗時(shí)久且體系不穩(wěn)定，難以實(shí)現(xiàn)工程化運(yùn)用。

伴隨微生物生態(tài)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微生物學(xué)家已經(jīng)能夠在不分離微生物的情況下，獲得微生物的基因組，解析其可能驅(qū)動(dòng)的生物地球化學(xué)循環(huán)過程。2019年，德國馬普海洋微生物研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種新的古細(xì)菌Ca.Methanoliparia可能具有獨(dú)立降解長鏈烷基烴產(chǎn)甲烷的能力，但相關(guān)研究僅停留在假設(shè)階段。

此次中外研究團(tuán)隊(duì)的合作研究，通過生理培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合宏基因組學(xué)、宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)，證實(shí)了該古菌可以獨(dú)立降解長鏈烷基烴產(chǎn)甲烷，并提出第五種古菌甲烷產(chǎn)生代謝途徑，即長鏈烷烴代謝產(chǎn)甲烷。

研究還揭示了產(chǎn)甲烷古菌在地球深部厭氧碳循環(huán)中的重要性存在被低估的可能性。與傳統(tǒng)的基于細(xì)菌和古菌合作的石油烴降解產(chǎn)甲烷系統(tǒng)相比，以單一古菌為主的石油烴降解體系石油烴降解速率更快，轉(zhuǎn)化周期遠(yuǎn)小于已有報(bào)道，該研究為實(shí)現(xiàn)原油生物產(chǎn)甲烷提供了科學(xué)基礎(chǔ)。不僅如此，該研究也為其他極端厭氧環(huán)境的碳循環(huán)過程研究帶來了新啟示。

(記者頡滿斌)