中国科学院生态环境研究中心胡立刚课题组在微生物汞甲基化机制研究方面取得重要进展。相关研究近日以“The origin of methyl group in methanogen-mediated mercury methylation: from the Wolfe cycle”为题，在线发表于Proceedings of the National Academy of Sciences （PNAS） 期刊（DOI: 10.1073/pnas.2416761121）。
环境中甲基汞主要由产甲烷菌和硫酸盐还原菌、铁还原菌等微生物介导生成，其中产甲烷菌研究甚少。以往认为，产甲烷菌汞甲基化过程的甲基与硫酸盐还原菌和铁还原菌相同，来源于乙酰辅酶A途径，但缺乏实验证据支撑。另一方面，产甲烷菌中存在其他一碳单位携带者，其介导生成甲基汞的甲基可能来源于其他代谢途径。
研究首先对产甲烷菌Methanospirillum hungatei JF-1汞甲基化机制进行深入研究。差异表达蛋白质组分析和底物限制实验表明，该微生物汞甲基化与甲烷代谢密切相关。随后研究使用13C同位素标记碳代谢底物，通过测定同位素在甲基汞和甲烷中的分布，证明了该微生物汞甲基化过程的碳原子几乎全部源于Wolfe cycle（产甲烷途径），而乙酰辅酶A途径对甲基汞生成无贡献。最后，产甲烷菌基因组分析及后续的13C同位素标记实验发现，Wolfe cycle依赖的汞甲基化机制在产甲烷菌中很可能普遍存在。该研究推进了对微生物汞甲基化基本生物化学过程的理解，为环境中甲基汞的生成潜力评估与甲基汞污染治理策略提供了重要信息。
图1 产甲烷菌Wolfe cycle依赖的汞甲基化机制
论文的第一作者是2019级直博生高峻，通讯作者是胡立刚研究员和阴永光研究员。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目和生态环境研究中心所级项目的支持。
论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2416761121
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2024年10月12日