《科学》杂志8月28日报道，美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）和俄亥俄州立大学（OSU）的科学家们发现了一种新的产生乙烯的微生物途径，有望为生物制造塑料、冷却剂和日用品提供原料。
研究人员在文中揭示了无氧或缺氧土壤中微生物产生乙烯的方式，以及保护作物免受高水平乙烯伤害的途径。此外，该研究还概述了一种未知的细菌产生甲烷的方式。
研究人员表示，乙烯和甲烷是细菌制造蛋氨酸时产生的副产物。当细菌处于厌氧、低硫环境中时，它们将被迫消耗细胞废产物中的硫，触发这个新的微生物途径。
OSU研究人员Justin North说：“十年来，科学家一直在研究生物在含氧环境中以不同机制制造乙烯的过程。扩大这个过程存在明显的技术障碍，因为乙烯和氧气在工业规模下混合很容易爆炸。新发现的厌氧途径跨越了这一障碍，但还有很多规模化研究工作需要完成。”
新研究始于OSU研究人员Robert Tabita领导的光合细菌固碳和氮硫代谢研究。作为Tabita团队的一员，North决定测定深红螺菌和其他同类微生物在急需硫时所消耗、排放的气体。他惊讶地发现了乙烯的存在。North说：“我们知道这些细菌正在制造氢气并消耗二氧化碳。然而，它们竟然还在大量制造乙烯，这太奇怪了。”
North等研究了这种新代谢过程，并使用放射性化合物追踪了前体，以及甲硫氨酸和乙烯的产生。然而，North等还缺乏一种生物分析技术来建立新途径与驱动酶蛋白的关联。于是，Tabita向ORNL生物质谱组负责人Bob Hettich寻求了帮助。
Hettich团队开发了一种特殊的质谱技术，以表征微生物系统中的蛋白质组。这项技术可以精确测定不同分子的质量和裂解途径，并提供其结构和组成细节。Hettich团队从低硫和高硫系统中鉴定出了数千种蛋白质，并分析了它们的相对丰度。
Hettich说：“我们发现了显著的差异。在低硫、产乙烯的样品系统中，某种类固氮酶蛋白质的含量要高出近50倍。当硫被消耗后，部分与铁和硫相关的蛋白质也大量增加了。”
固氮酶可以将大气中的氮转化为氨，是重要的地球化学过程。然而，从命名来看，这些类固氮酶并不是在预测的硫代谢中起作用的蛋白质。
Hettich说：“有时候，基因、基因家族的命名或注释会引起误解。命名暗示了它的主要功能，但实际上，这种基因可能还有次要的功能。这时，我们就需要使用数据来揭示真正的联系。”
有了关键的蛋白质组数据，研究人员通过操纵细菌基因组，调控了基因簇Rru_A0793-Rru_A0796。他们发现，调控基因可以开关乙烯的产生，这证实了基因与其编码产生的酶对新代谢途径的关键作用。
North说：“新代谢途径将引领新的研究方向，它可能对农业研究有益。”
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