데일리 미생물학 Daily Microbiology 9

In situ electrosynthetic bacterial growth using electricity generated by a deep-sea hydrothermal vent, 2022, The ISME Journal

중요성

Electrosynthetic autotrophs(전기합성독립영양생물)는 외부에서 전자를 에너지원으로 공급받아 이산화탄소를 탄소원으로 이용할 수 있는 생물을 말한다. 이들은 유기/무기 화합물 또는 빛 대신 전기를 에너지원으로 하여 biomass를 생산할 수 있기 때문에 매우 중요하다. 다양한 종들이 실험실 환경에서 전기합성을 할 수 있는 것으로 알려져있으나, 생장률 또는 biomass 생산이 많이 떨어진다. 그런데 심해 열수구 광물의 표면은 자연계에 존재하는 electrosynthetic autotrophs를 위한 cathode(전자 풍부)로 생각되어진다.

 

목적

따라서 in situ 전기화학 배양 시스템을 이용하여 심해 열수구로부터 자연계에 존재하는 미생물 군집을 분리하고자 한다.

 

방법

1. 심해 열수구로부터 H2S(황화수소)가 산화되면서 2 e- 가 나오면 cathode로 넣어준 carbon felt sheet로 전자가 이동해 여기에 electrosynthetic autotrophs가 모일 것이라 생각하여 아래와 같이 디자인함
2. Carbon felt 로부터 DNA 추출하여 세균 군집 및 metagenome 분석

심해 열수구를 이용한 electrosynthetic autotrophs 배양 방법

결과

1. Amplicon 및 metagenome 분석을 통해 새로운 종 'Candidatus Thiomicrorhabdus electrophagus’의 유전체 초안을 완성했으며 이들이 Carbon felt cathode를 우점한다는 것을 발견함
2. 해당 종의 유전자 레퍼토리 분석 결과 Thiomicrorhabdus 속의 전형적인 특징인 thio-autotrophic 생장을 할 것으로 추정됨
3. 반면 해당 종은 독특한 multi-heme cytochrome c proteins을 코딩하는 유전자 클러스터를 지니고 있었으며, 이 단백질이 세포 외 전자 수송을 담당함

Candidatus Thiomicrorhabdus electrophagus 의 잠재적 물질 대사 경로

결론

심해 열수구 환경에서 지구 전기를 사용하는 Electrosynthetic autotrophic 미생물 개체군의 자연 발생을 발견함

 

참고문헌

Yamamoto, M., Takaki, Y., Kashima, H., Tsuda, M., Tanizaki, A., Nakamura, R., and Takai, K. (2023). In situ electrosynthetic bacterial growth using electricity generated by a deep-sea hydrothermal vent. The ISME Journal 17, 12-20. 10.1038/s41396-022-01316-6.