探索陆地温泉微生物组在二氧化碳利用方面的生物技术潜力

《Environmental Microbiome》：Exploring the biotechnological potential of terrestrial hot spring microbiomes for CO2 utilisation

　　

摘要

背景

陆地温泉是极端环境，受到地热、地质气体以及极端pH值和温度的影响。其中的气体排放物（包括CO?、CO、H?S和SO?）反映了富含CO?的废物流的化学成分。栖息在这些环境中的微生物群落通常具有耐热性或嗜热性，并依靠CO?固定和化能异养代谢生存。因此，这些微生物群落可能为开发能够在高温和化学恶劣条件下运行的体外、基于联合体的生物技术提供一个自然的起点。本文从生物技术的角度系统评估了温泉微生物组的代谢能力。

结果

我们对全球73个温泉的宏基因组进行了比较分析，这些温泉涵盖了广泛的环境条件（pH值1.5–10.0，温度25–98°C）。通过以基因为中心的方法研究整个微生物群落，我们发现无论地理位置和pH-温度条件如何，温泉微生物组普遍编码了碳固定途径和用于合成增值产品的生物合成基因（及基因簇）。潜在的增值产品包括丙酮、乳酸和1,2-丙二醇等基础化学品，以及B族维生素和海藻酸盐等高价值生物分子。

结论

这项首次以生物技术为重点的温泉微生物组评估表明，这些微生物组具有支持新型体外微生物平台的基因组潜力，可用于升级CO?并转化化学成分复杂的混合气体。

意义

工业产生的CO?废物流既对环境构成挑战，又是一种未被充分利用的资源。通过循环生物经济利用微生物联合体来转化CO?的方法仍需进一步探索，这可能为高能耗的化学方法提供替代方案。通过对主要公开可获得的宏基因组数据重新分析，我们展示了如何从温泉微生物组中挖掘出适应富含CO?、高温和化学极端条件的特性。通过这种方式，我们为它们未来的生物技术应用提供了概念验证，并为其他微生物组规模的生物勘探调查制定了蓝图。