山大团队揭秘产甲烷古菌双重身份并构建减排新路径

近日，山东大学环境科学与工程学院闫震教授团队在甲烷的生物地球化学循环与减排调控领域取得重要进展，相关成果分别以综述文章和研究型论文的形式发表于Cell Press旗下期刊Trends in Microbiology（IF 14.9）和Trends in Biotechnology（IF 14.9）。环境学院2022级博士严云峰为论文第一作者，闫震为通讯作者，环境科学与工程学院、微生物改造技术全国重点实验室为论文共同通讯单位。

进展一：产甲烷古菌——不止于产甲烷

产甲烷古菌是地球上最古老的微生物类群之一，贡献了全球约三分之二的生物甲烷排放，在缺氧环境的有机物矿化过程中扮演关键角色。然而，团队在综述中指出，这些古菌的生态功能远不止于产甲烷——它们还可介导铁矿物、腐殖酸、生物炭以及多种有毒重金属/类金属的生物地球化学转化，甚至可以通过逆转产甲烷途径实现甲烷的厌氧氧化，展现出超越碳循环的多元素耦合能力。

综述系统总结了产甲烷古菌在碳循环之外的四大地球化学功能：铁循环耦合、腐殖酸/生物炭呼吸、逆转产甲烷与厌氧甲烷氧化和有毒重金属转化。该综述为理解产甲烷古菌在元素生物地球化学循环中的多重角色提供了全新视角，并展望了其在生态修复和生物技术领域的应用潜力。

进展二：逆转产甲烷途径实现人为源甲烷减排

甲烷是仅次于二氧化碳的重要温室气体，其百年尺度增温潜势是CO2的20倍以上。如何高效削减油气开采、污水处理厂、垃圾填埋等人为点源甲烷排放并实现其资源化利用是应对气候变化的重要课题。团队通过遗传和代谢工程改造乙酸型产甲烷八叠球菌（Methanosarcina acetivorans），成功构建了Fe(Ⅲ)依赖的反向产甲烷途径，将甲烷转化为乙醇和甲酸，为点源甲烷的生物削减与增值利用提供了全新的技术平台。

本研究系统报道了三大核心创新：代谢工程策略、静息细胞策略及中试反应器验证，证明了通过逆转产甲烷途径将温室气体甲烷转化为液体燃料和平台化学品的可行性，为甲烷生物资源化与碳减排协同提供了新路径。