工艺技术 发现：厌氧氨氧化菌宏基因组测序发现了什么？！

基因测序如何指导代谢机理的研究呢，就是利用生物学中最重要的中心法则。最近施一公院士的两篇science文章研究的就是中心法则中，主要是对pre-RNA变成成熟RNA的剪接体结构（spliceosome）的研究。




        宏基因组测序显示，厌氧氨氧化菌能合成一种特殊酶，这种酶能将NO2- 还原成NO。与之前科学家们猜测的NO2- 被还原成NH2OH极大地不同。更令人惊讶的是，经过大量的试验证实，厌氧氨氧化菌内根本不存在羟氨合成酶。那么，厌氧氨氧化反应过程中到底有没有能把NO2- 还原成羟氨的酶呢？




问题来了：

1.亚硝酸盐是不是变成了NO？

        科学家们通过试验进行了验证。将NO和氨氮加入到厌氧氨氧化反应器中，发现两个物质浓度都有下降，同时联氨浓度上升。为了使试验更加严谨，在试验中只加入亚硝酸盐，不加氨氮和一氧化氮。结果NO出现积累，厌氧氨氧化过程中亚硝酸盐确实变成了NO。

2.如果亚硝酸盐变成了NO，那么之前羟氨也促进厌氧氨氧化反应的试验现象怎么解释？

        根据宏基因组测序，厌氧氨氧化菌还存在一种特殊的酶（Kustc1061），它能将 NH2OH 氧化成 NO，这就解释了为什么 NH2OH 也能促进厌氧氨氧化反应的试验现象。

3.厌氧氨氧化反应的中间产物到底是什么物质？

        经过试验验证以及宏基因组的测序结果分析，最终实证，厌氧氨氧化反应过程的中间产物是NO和 N2H4。厌氧氨氧化最终的反应途径如下图：




Strous提出的厌氧氨氧化化学公式里，1单位 NH4+ 要消耗1.32单位的 NO2-，而上述公式中1单位NH4+ 对应1单位 NO2-，那多出的0.32 NO2-去哪儿了呢？实际上，因为厌氧氨氧化菌是自养菌，所以它们也要生长，多余的那0.32份 NO2-  转化成 NO3-  所产生的能量供菌体自身生长用了。


        另外，厌氧氨氧化菌是一种非常古老的菌，因为它不需要分子态氧，并且还是自养菌，因此它们可能在大气圈形成的初期就已经存在。因此，科学界推测，大气中的氮气可能都是由厌氧氨氧化菌产生，并且这个想法的推测过程也是相当有趣和让人兴奋。

延伸：什么是宏基因组测序？

宏基因组学技术是一种不需要进行微生物培养的微生物研究方法，可以直接对取自环境里的微生物样品进行分析和研究。这也说明厌氧氨氧化菌目前未能被纯培养。

在基因测序领域有很多传奇的出现，比污水处理领域要神奇的多。