用户前沿丨北京林业大学党岩：CRPC！揭示生物电化学产甲烷系统新路径！

2025-08-19 14:31:46, 天美色谱

科研进展

近日，北京林业大学党岩教授团队在Cell旗下高质量期刊《Cell Reports Physical Science》上发表了题为“Role of Vht hydrogenase in electron uptake by Methanosarcina barkeri from a cathode”的重要研究成果。该研究成果提出了Vht氢化酶对于巴氏甲烷八叠球菌从阴极直接吸收电子至关重要，这些发现对于理解与碳还原和节能相关的生物电化学转化过程具有重要意义。

文章简介

在追求碳中和的全球背景下，利用微生物将有机废弃物转化为生物甲烷（bio-methane）已成为可再生能源领域的热点。然而，传统厌氧消化系统存在甲烷产率低、CO2转化效率不足等瓶颈。近年研究发现，施加电流可显著提升甲烷产量，但其中关键微生物Methanosarcina barkeri如何从阴极直接获取电子（direct electron transfer, DET）的分子机制尚不明确。这一科学盲区限制了生物电化学系统（BES）的优化设计。

党岩教授团队通过构建两种电位（-0.6 V和-1.0 V vs. Ag/AgCl）的微生物电解池（MEC），结合多组学分析和基因敲除实验，揭示了Vht氢化酶在DET中的核心作用。研究发现，在-0.6 V（不产H2）条件下，M. barkeri通过上调Vht氢化酶基因表达实现直接电子摄取，使CO2还原效率提升至24%；而当vhtGAC基因簇缺失时，菌株通过激活Fpo脱氢酶通路代偿电子传递功能。该研究为生物电化学产甲烷技术的工程优化提供了关键靶点。图1展示了MEC反应器示意图。

图1 MEC反应器示意图

赛里安方案

本文利用SCION LC6000，对实验过程中产生的甲酸盐进行定性和定量分析，图2显示了不含M. barkeri的 -1.0 V（vs. Ag/AgCl）反应器中的H2和甲酸盐，可以看到无菌的反应器中仅有很少量的H2产生，且没有甲酸的产生。图3显示了将从-1.0 V反应器收集的过滤上清液接种到-1.0 V反应器中时，产生了H2和甲酸盐。这些准确、可重复、稳定的结果都为实验下一步进行提供了强有力的支持。

图2 不含M. barkeri的-1.0 V（vs. Ag/AgCl）

反应器中的H2和甲酸盐

图3 从-1.0 V反应器收集的细胞滤液的评估

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参考文献

《Dong H, Gu Y, Liu X, et al. Role of Vht hydrogenase in electron uptake by Methanosarcina barkeri from a cathode[J]. Cell Reports Physical Science, 2025.》

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