《天然》跨年热点 荷德团队发现新菌 终结百年氮

一个在氮循环圈的存在了一百多年的教条貌似要寿终正寝了——英国《自然》和美国《科学》杂志接连报道了一种叫COMAMMOX的微生物种群，中文世界里目前貌似没人聊这个话题(至少百度搜不到)。作为可能是跟踪这个话题的中文第一人，小编姑且擅自叫它做完全氨氧化，又可俗称“一站式”硝化菌。但如果各位教授专家觉得有更加恰当的名字，欢迎指教。

“一站式”单步硝化菌

过去二十年，大家对微生物界的氮循环的认识一直在不断的修正中前进，对此大家已经觉得这里边没有什么是的。尽管如此，大家对这个循环圈的其中一个“理论”似乎又是再清晰确切不过了——那就是氮的硝化作用需要由两组不同的微生物分两步完成——先把氨氮(NH3)氧化成亚硝态氮(NO2–)，终再氧化成硝态氮(NO3–)。

这个理论先是由俄国微生物界传奇维诺格拉斯基 (Sergei Winogradsky)早在19世纪末“成功”展示，他分离出了负责这两步硝化的微生物，也就是所谓的AOB(ammonia oxidizing bacteria)和NOB(nitrite oxidizing bacteria)。但这个超过100年历史的教条在2015年圣诞节前被英国明星科学杂志《自然》上的两篇同日发表的题目雷同的文章和随后一篇在美国微生物学会的文章终结了。三个科学团队发现了三种不同的培养和一种非培养细菌能够各自进行从氨氮到硝态氮的完全硝化过程。

2016年1月22日新一期的美国明星科学杂志《科学》也终于有了相应的综述性观点总结，纯水，这显示这个话题在国外圈子越来越火。

图1. 荷兰奈梅亨团队的Mike Jetten通过自己的推特号卖paper广告来着了

如果你大学学过生物化学(当然还要有点物理化学的基础，例如你知道(或还记得)什么是吉布斯自由能之类的)，那你应该不难理解，恒压供水，如果一个反应式在热力学上是可行的，那么理论上微生物是能找到办法让这个反应发生的。所以理论上，一个能够发生完全硝化反应的硝化菌(nitrifier)理应从单位摩尔的底物中获取更大的能量(energy)。

当然跟那些进行分步反应的微生物相比，前者可能会因此长得更慢(低生长速率)。十年前，Costa及其团队对生长速率(growth rate)和生长量(growth yield)之间的权衡机制(trade-off)进行了模拟，一般来说前者常见于短途代谢路径，供水，而后者偏向于长线路径。他们发现这种权衡机制应该支持完全硝化菌的存在，尤其当微生物能在克隆群落(clonal colonies)缓慢生长时，例如生物膜，无论是天然的还是人工的表面。

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