海洋微生物揭示了新的制氢基因簇

对产氢细菌的基因组研究揭示了能够产生大量氢气的全新基因簇

弧菌科是一个海洋细菌家族，以其生物发光而闻名，但也因将霍乱病原体纳入其数量而臭名昭著

弧菌科在生物燃料生产中并不是一个有吸引力的课题，但该家族的另一个独特特征——通过发酵将一种名为甲酸盐的物质分解为二氧化碳和氢气来产生大量氢气的能力——现在已成为绿色能源的潜在解决方案。

现在，北海道大学渔业科学学院的Tomoo Sawabe教授等团队；印度国家跨学科科学技术研究所的Ramesh Kumar Natarajan；巴西里约热内卢联邦大学的Fabiano Thompson利用基因组测序研究了这一生化壮举背后的机制

他们的研究结果发表在《当代微生物学》杂志上

研究人员检查了所有16种已知的弧菌科物种，这些物种通常与深海动物有共生关系。他们重点研究了Hyf型甲酸氢裂解酶（FHL）基因簇的序列和结构

来自该基因簇的氢化酶催化甲酸盐分解为氢气和二氧化碳。这种复合物也存在于大肠杆菌中，大肠杆菌是另一种可以通过发酵产生氢气的细菌，尽管其数量比弧菌科少得多

“这些分析揭示了FHL基因簇的意外多样性以及基因簇与氢气生产能力功能之间的关系，”Sawabe解释道

研究小组在弧菌科中发现了两种新型FHL基因簇，使这些细菌中FHL基因团的总数达到6个。他们认为，集群结构的这种多样性是弧菌科在适应和进化以占据一系列生态位时物种形成的结果

该研究还发现了与不同FHL基因簇相关的氢气发酵和生产的差异。海洋物种三尖弧菌和红树林野生稻中发现的搬运弧菌显示出最高水平的氢气产生，而产气弧菌和曼戈罗维弧菌显示出最低水平

产氢水平与细菌将甲酸盐吸收回细胞的能力之间存在相关性

这些发现支持了研究人员的提议，即一些物种之所以进化出更高的氢气产量，是因为它们需要从环境中解毒甲酸盐——他们称之为甲酸盐解毒假说

这些发现还可以揭示其他细菌物种（如大肠杆菌）中氢气发酵的进化 More information: Tomoo Sawabe et al, Unexpected Diversity in Gene Clusters Encoding Formate Hydrogenlyase Complex Machinery in Vibrionaceae Correlated to Fermentative Hydrogen Production, Current Microbiology (2025). DOI: 10.1007/s00284-025-04176-3