微生物互营产甲烷过程中的种间电子传递甲烷作为全球第二大温室气体，是典型的可再生清洁能源，也是碳循环中的重要物质组成。大气中约74%的甲烷由产甲烷古菌和其他微生物的互营产生，种间电子传递（interspecies electron transfer， IET）是微生物菌群降低热力学能垒、实现互营产甲烷的核心过程。IET可分为间接种间电子传递（mediated interspecies electron transfer， MIET）和直接种间电子传递（direct interspecies electron transfer， DIET）两种类型，其中MIET依赖氢气、甲酸等载体完成电子的远距离传输，而DIET则依赖导电菌毛、细胞色素c等膜蛋白，通过微生物的直接接触实现电子传递。本文将从IET的研究历程出发，从电子传递机制、微生物种类、生态多样性等方面对微生物互营产甲烷过程中的两种IET类型进行比较，最后对未来待探索的方向进行展望。本综述有助于加深对微生物互营产甲烷过程中IET的理解，为解决由甲烷引发的全球气候变暖等生态问题提供理论支撑。 氢思语：利用氢气可实现间接电子传递，其含义就是把氢气看成电子载体，而这种电子载体可以远距离跨细胞传递电子。这种过程在甲烷菌可以看成电子传递，其实我们可以把这种过程泛化，氢气作为电子载体，可能在整个生物系统中都具有作用。氢气生物学一直认为氢气的生物作用主在于调节，但在细菌如甲烷菌这种世界，氢气是作为电子载体，或者氢气就是元食物，能给细菌代谢提供能量。那么氢气这种电子载体的能量，是否也能被真核细胞利用，当然这种能量密度太低，可能不足以满足细胞的最基本能量消耗需求。常言说，蚊子虽然小，也是块肉。在极端条件下，例如细胞电子极端缺乏的情况下，而血液和细胞间液体交换困难的时候，氢气作为扩散能力极大的电子载体，能跨细胞跨组织进行转移，这种电子给细胞带来的优势，可能需要认真评价。另外在需氧生物有氧代谢时，电子的最终目标是被氧气氧化为水。如果组织细胞没有氧气的情况下，还原底物出现过剩，这个时候细胞处于极端还原状态，也是一种氧化还原失衡的状态，在中风心梗等急性缺血的疾病中，缺血组织就处于这种极端还原状态。此时电子是过剩的，如果电子能和质子结合为氢气，并扩散到周围正常组织，这可能会有利于缓解氧化还原的失衡。我们姑且把这种现象成为脱氢气效应。当然是否存在这种过程，目前还没有研究。不过有学者已经在植物组织中发现产生氢气往往是在有害环境更多，这是否是因为植物细胞这种自我保护效应更强。 |
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