通过宏基因组学和宏转录组学评估产甲烷古细菌对 H2 的早期反应

生物甲烷生产的复杂微生物细胞工厂的分子机制尚不完全清楚。过程控制要素之一是氢气 (H₂) 的调节作用。H₂ 减少二氧化碳 (CO₂) 是产甲烷过程中的限速因素，但社区打算将 H₂ 浓度保持在较低水平，以维持整个系统的氧化还原平衡。产甲烷菌中的 H₂ 代谢在 Power-to-Gas 可再生能源转换和存储技术中变得越来越重要。研究了混合嗜温微生物群落对 H₂ 气体注入的早期响应，目的是揭示微生物群落在 CH₄ 形成和 CO₂ 减排动力转气过程中的第一个响应。整体微生物组成发生变化，在通过反应器过度鼓泡 H₂ 10 分钟后，通过宏基因组和宏转录组测序进行研究。在 H₂ 处理后 2 小时，产沼气厌氧群落的整体组成和分类丰度没有明显变化，表明这段时间太短，无法显示微生物群落成员增殖的差异。然而，与某些古细菌群的氢营养产甲烷相关的基因表达显着增加。作为对 H₂ 暴露的早期反应，甲烷菌属中氢营养产甲烷的活性被上调，但甲烷八叠球菌属中的氢营养途径被下调。RT-qPCR 数据证实了元转录组学 H₂ 注射也改变了属于细菌界的许多微生物的代谢。许多细菌具有 Wood-Ljungdahl 途径的酶组。这些和同型产乙酸菌是古细菌和细菌不同界域之间共养群落相互作用的伙伴。外部 H₂ 调节某些细菌和古细菌的功能活动。H₂ 代谢中的同养跨界相互作用对于电转气过程的有效运行很重要。因此，建议将混合群落用于大规模电转气过程，而不是单一的氢营养产甲烷菌菌株。来自微生物群落的快速且可重复的响应可用于关闭和开启 Power-to-Gas 微生物细胞工厂。

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