一氧化碳（CO）是大气的组成成分之一，原始大气中高浓度的CO作为早期生命活动的重要电子供体之一，促进了生命的演化。CO在现代环境中的浓度较低，之前的研究普遍认为CO对微生物的生长具有一定的毒性作用，然而通过宏基因组学分析以及热力学模型分析，研究者发现土壤中高达56%的微生物具有CO的代谢能力，微生物对“痕量有毒”气体CO的利用极其普遍。
氯代有机物在全球范围内的广泛使用以及不当排放造成了地下环境的污染，对地下生态系统和人类健康造成了极大的威胁，其中，氯代乙烯类污染物较为普遍，被多个国家和地区列入“优先控制污染物”清单中。脱卤拟球菌（Dehalococcoides）在氯乙烯类污染物的彻底无毒化中起到了非常关键的作用，但是脱卤拟球菌是一种只能利用氢气作为电子供体的专性有机卤呼吸细菌，利用其他电子供体进行还原脱氯的研究目前尚少。
中国科学院沈阳应用生态研究所污染环境微生物生态组多年来在卤代烃还原脱卤，有机卤呼吸细菌富集与分离、生理生化鉴定以及微生物功能多样性方面持续进行深入系统的研究。团队成员通过研究CO和三氯乙烯为底物的富集培养体系发现，基于河流底泥的富集培养物可以CO为唯一的碳源以及电子供体将三氯乙烯还原为乙烯（图1）。该富集培养物微生物种群中的有机卤呼吸细菌——脱卤拟球菌的相对丰度最高可达到39.3%，是驱动三氯乙烯还原脱氯的主要菌株，我们将其命名为脱卤拟球菌CO菌株（图2）；进一步的qPCR分析显示，脱卤拟球菌能够通过还原脱氯三氯乙烯获得能量进行生长，CO的氧化过程中伴随着氢气的生成，CO的氧化终产物为乙酸，乙酸和氢气支持了脱卤拟球菌对三氯乙烯的还原脱氯（图3）。
图1 CO作为唯一的碳源和电子供体支持三氯乙烯的还原脱氯
图2 CO支持三氯乙烯还原脱氯富集培养物的群落结构及系统发育树
图3三氯乙烯的还原脱氯耦合脱卤拟球菌的生长以及氢气和乙酸的生成
图4 CO支持三氯乙烯还原脱氯富集培养体系中的互作关系
宏基因组学分析表明，脱卤拟球菌的还原脱卤酶VcrA和TceA可能驱动了三氯乙烯的还原脱氯，具有CO脱氢酶的多种微生物可能参与了CO的氧化产氢，具有完整厌氧乙酰辅酶A途径的醋酸杆菌（Acetobacterium）驱动了系统的产乙酸，氢气和乙酸通过种间传递支持了脱卤拟球菌的生长（图4）。本研究的发现拓展了脱卤拟球菌生长条件的多样性，也为理解微生物种间互作提供新的认知。
该成果以“CO‑driven electron and carbon flux fuels synergistic microbial reductive dechlorination”为题在2024年8月20日发表在Microbiome期刊。沈阳生态所助理研究员王晶晶为论文第一作者，杨毅研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划项目（2023YFE0122000）、中国科学院前沿科学重点研究计划项目（ZDBS-LY-DQC038)、辽宁省自然科学基金（2021-MS-026）、北京石油化工学院致远基金（2023004）、中国科学院沈阳应用生态研究所重大计划（IAEMP202201）等项目的支持。