深海细菌Marinobacter sp. M23265等5株具有自养硫代硫酸盐氧化能力

相关菌株：

Marinobacter sp. ST-1M=MCCC M23265

M. aromaticivorans D15-8P=MCCC 1A14217

M. vulgaris F01=MCCC 1H00290

M. profundi PWS21=MCCC 1K03345

M. denitrificans JB02H27=MCCC 1K05758

背景：

硫氧化是地球硫循环的重要组成部分。硫氧化细菌能够通过氧化硫化氢、单质硫和硫代硫酸盐产生硫酸，广泛分布于不同环境中。一般分为两类：一类是专性化能自养菌，它们能以可氧化的硫化合物为能源，以CO₂为碳源；另一类是异养菌。通过硫氧化（Sox）系统和TsdA将硫代硫酸盐氧化为硫酸盐，是已知的主要微生物硫氧化途径之一。硫代硫酸盐通过周质中的Sox系统（SoxABCDXY）氧化为硫酸盐，完全氧化需要SoxYZ、SoxXA、SoxB和SoxCD四种蛋白组分。

海洋杆菌属（Marinobacter）广泛分布于海洋和陆地环境中，被称为需氧异养菌。这一异养菌群代谢多样性丰富，能够利用多种有机化合物，包括烃类、碳水化合物和氨基酸，通常被描述为兼性厌氧和兼性嗜盐菌。少数海洋杆菌属菌株被报道具有硫氧化能力。有研究人员从热液区分离出一些海洋杆菌属菌株，这些菌株能够以硫代硫酸盐和铁为电子供体进行自养生长。先前的研究暗示该属可能具有硫氧化和碳固定的潜力，作为多功能的混合营养菌，支持一种化能自养型生长。

研究成果：

为了评估整个海洋杆菌属中硫氧化潜力的范围，筛选得到6株具有自养硫代硫酸盐氧化能力的海洋杆菌，即Marinobacter guineae M3B, M. aromaticivorans D15-8P, M. vulgaris F01, M. profundi PWS21, M. denitrificans JB02H27 and M. sp. ST-1M（与M. salsuginis SD-14BT的16S rDNA序列具有99.93%的相似性）。细胞在化能自养培养基中生长，以HCO₃^-为唯一碳源，NaS₂O₃为唯一电子供体，在5天内从10⁵个细胞/mL增加到10⁷个细胞/mL。这种生长伴随着3.59 mM至9.64 mM的硫代硫酸盐的消耗和高达0.96 mM的硫酸盐的积累（图1），并且偶尔产生含硫复合颗粒（图2）。在这些海洋杆菌菌株中，还发现了它们在异养培养基中将硫代硫酸盐氧化为硫酸盐的能力。值得注意的是，南极海洋杆菌M. antarcticus ZS2-30^T和寻常海洋杆菌M. vulgaris F01^T在9.45 mM和3.10 mM时显示出高度显著的硫酸盐产生。

图1. 五株海杆菌在自养硫代硫酸盐氧化生长状况。

（A）细胞密度。（B）第5天的硫代硫酸盐和硫酸盐浓度。NC，阴性对照。

图2. 扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱仪（EDS）

（a） 球形含硫络合物;（B）不规则的含硫络合物。

基因组注释表明，这些海洋杆菌菌株具有负责硫代硫酸盐氧化的完整Sox簇。6株海杆菌属菌株具有完整的Sox基因簇（soxC-soxD-soxY-soxZ-soxA-soxB）（如图3）。对soxB基因的进一步系统发育分析显示，六株海洋杆菌菌株在Gammaproteobacteria中形成了一个单独的谱系，并接近专性化能自养菌Thiomorrabdus arctica。本研究表明，部分异养细菌可以进行混合营养型代谢，利用硫代硫酸盐、铁、锰等多种电子供体自养生存，利用多种代谢策略来适应环境变化，参与了深海热液区碳、硫、铁等重要元素循环。，化能自养生活方式可能有助于海杆菌在全球海洋中的广泛环境适应。

图3. 6株海杆菌属菌株及其他硫氧化细菌的sox基因簇图

相关论文：Xu Fei, Zeng X, Gong Yadong, Shao Zongze. Thiosulfate oxidation and autotrophy potential by marine prevalent heterotrophic bacteria of genus Marinobacter. Acta Oceanologica Sinica, 2024. 43(8):89-97.

汇编：Li G. & Zhu Z.

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