电生物腐蚀是指金属与微生物之间发生直接电子传递，从而导致金属腐蚀的过程。这是一种新近被发现且极具腐蚀性的微生物金属腐蚀方式。目前，已被证实能够进行电生物腐蚀的产甲烷菌种类主要包括Methanosarcina和Methanothrix等，这些具备电生物腐蚀能力的产甲烷菌种类，能够与电子供体菌Geobacter metallireducens通过直接种间电子传递（DIET）机制互营生长的种类。类似的，中国科学院烟台海岸带研究所前期从滨海河流沉积物中分离得到的甲烷杆菌YSL新菌株（Water Research 2021; Environmental Science & Technology 2020）也能够通过DIET与G. metallireducens/ Desulfovibrio sp. JY互营生长 (图1)。探究YSL菌株是否具备电生物腐蚀能力，对于深入理解“产甲烷菌通过直接获取电子加速材料腐蚀” 这一过程，具有重要的地球科学意义。

图1 具有种间直接电子传递能力的甲烷杆菌YSL新菌株示意图

本研究将YSL 菌株分别与Fe⁰颗粒 (可以非生物产生H₂) 和316L不锈钢 (不会产生H₂) 作为唯一潜在电子供体进行培养。研究发现，YSL菌株在以Fe⁰为电子供体进行缓慢生长过程中，YSL细胞需要H₂作为中间电子载体，从而间接利用Fe⁰中的电子。然而，YSL菌株无法从316L不锈钢中直接获取电子。

基因组学和蛋白质结构预测分析表明YSL菌株主要的膜结合[NiFe]氢酶Eha的七个亚基基因突变，很可能导致其功能受损。蛋白质组学分析表明，细胞质氢酶Frh、Mvh和Hdr以及膜结合[NiFe]氢酶Ehb弥补了Eha的活性，从而使YSL菌株能够以H₂为电子供体进行缓慢生长 (图2)。

图2 YSL菌株以零价铁氧化产生的氢气缓慢生长示意图

本研究的结果表明，YSL菌株并非典型的电生物腐蚀菌株。然而，进一步将YSL菌株与其它不能通过DIET途径生长的近缘甲烷杆菌菌株进行比较研究，仍有望为解析不依赖细胞色素的DIET电子摄取机制提供新见解。

相关成果以“Mechanisms utilized by Methanobacterium sp. YSL for growth on zero-valent iron” 为题，发表于国产旗舰新刊The Innovation Geoscience。烟台海岸带所郑世玲副研究员为论文第一作者，广东省科学院生态环境与土壤研究所刘芳华研究员为论文通讯作者，美国麻省大学阿默斯特分校的Derek Lovley教授和美国西新英格兰大学的Dawn Holmes教授均参与了本研究。该研究得到了国家自然科学基金和山东省泰山学者青年专家的资助。

相关论文信息：

Shiling Zheng, Xin Li, Fanghua Liu, Derek R. Lovley and Dawn E. Holmes. Mechanisms utilized by Methanobacterium sp. YSL for growth on zero-valent iron. The Innovation Geoscience 2025. 3:100166.

Shiling Zheng, Meng Li, Yang Liu, Fanghua Liu. Desulfovibrio feeding Methanobacterium with electrons in conductive methanogenic aggregates from coastal zones. Water Research 2021. 202: 117490.

Shiling Zheng, Fanghua Liu, Bingchen Wang, Yuechao Zhang, Derek R. Lovley. Methanobacterium capable of direct interspecies electron transfer. Environmental Science & Technology 2020. 54(23):15347−15354.