本报讯 近日，浙江大学环境与资源学院科研团队联合中国科学院城市环境研究所和德国图宾根大学应用地球科学中心，率先揭示了甲烷厌氧氧化耦合砷还原现象，提出了可能的代谢机理，并进一步阐明了该途径对环境污染、粮食安全以及生态健康的潜在影响，对于理解甲烷厌氧氧化的生物学机制和防控环境重金属污染具有重要的启示意义。这一研究于近日刊登在国际知名期刊《自然·地球科学》上。
浙江大学环境与资源学院教授赵和平团队长期从事水污染控制相关研究。硝态氮是城市污水及地下水中的一种重要污染物，微生物可利用污水中COD为碳源通过反硝化作用将之还原为氮气从而实现污染物去除。当碳源不足时，则需要为微生物添加外源碳源以实现反硝化过程，这既增加了成本，也带来了二次污染风险。
2013年，国外科学家偶然发现，有些微生物可以利用甲烷为唯一碳源和电子供体实现反硝化。“如果能找到更多这类微生物，既能利用导致温室效应的第二大危害物甲烷，又能去除水体中硝氮等一系列氧化态污染物，就两全其美了。”赵和平说。
沿着这个思路，赵和平团队在富含甲烷的湿地实地取样，并结合同位素示踪的异位培养，试图富集培养更多此类功能微生物。实验中他们发现了甲烷氧化耦合砷还原现象，在这个转化过程中，甲烷被氧化成为二氧化碳，同时环境中常见的重金属砷，从五价结合态转变成了更易迁移、更易溶解也更具毒性的三价砷。
在甲烷厌氧氧化耦合砷还原的过程中，研究发现存在一类微生物能够代谢甲烷，并为共生的砷还原菌提供电子。科研人员对不同微生物的种间电子传播方式知之甚少。浙大研究人员利用比较定量PCR技术和宏基因组学分析，定位了甲烷氧化和砷还原的活性基因，揭示了参与耦合反应的功能微生物，并重构了甲烷厌氧氧化耦合砷还原的生物学代谢通路。结果表明，甲烷氧化古菌首先通过逆向产甲烷途径活化甲烷并获得电子，随后电子被传递到细胞周质中的砷还原酶或者共生的砷还原菌中，实现进一步的砷还原。
也就是说，电子从一个细胞跑到另一个细胞，而多血红素色素蛋白就扮演了运送电子的“摆渡车”角色。赵和平认为，多血红素色素蛋白是实现微生物种间协作的充分条件，未来可以利用含有这类蛋白的微生物，为研发环境污染高效修复的生物技术提供方案。 本报记者 林洁 通讯员 柯溢能
