降解石油产甲烷古菌拯救“老”油田

近日，兰州大学世界环境中心泛屋顶生物地球化学循环团队刘鹏飞教授与农业农村部沼气科学研究所程磊研究员团队、深圳大学高等研究院李梦教授团队、德国马普海洋微生物研究所冈特魏格纳教授团队深度合作，首次证明古菌Ca。甲烷氧化菌具有独立降解烷烃和产生甲烷的能力。

石油是重要的能源物质和工业生产原料。经过一个多世纪的开采，出现了大量的“老”油井，常规的开采方式已经不能有效、高效地开采原油。

1999年，科学家在《科学》杂志上发表了一篇文章，证实了在无氧条件下，原油中的细菌和古细菌可以将复杂的石油化合物(主要是烷烃化合物)转化为甲烷。基于这一发现和后续研究，科学家们提出了一种廉价清洁的基于厌氧微生物的微生物开采技术——“原油生物气化”技术，希望通过微生物的作用将深层油藏难以开采的石油转化为天然气，实现剩余原油的再开采。但以往的研究表明，降解石油产生甲烷的过程是细菌和古菌协同完成的，耗时长，系统不稳定，难以实现工程应用。

随着微生物生态学技术的发展，微生物学家已经能够在不分离微生物的情况下获得微生物的基因组并分析可能由其驱动的生物地球化学循环过程。2019年，德国马克斯普朗克海洋微生物研究所的科学家发现了一种新的古细菌Ca。Methanoliparia，可能具有独立降解长链烷基碳氢化合物产生甲烷的能力，但相关研究仅处于假设阶段。

中外研究团队的合作研究，通过结合宏基因组学、元翻译学和代谢组学的生理培养实验，证实了古菌能够独立降解长链烷基烃产生甲烷，并提出了古菌产甲烷的第五种代谢途径，即长链烷烃代谢产生甲烷。

研究还揭示了产甲烷古菌在地球深层厌氧碳循环中的重要性可能被低估。与传统的基于细菌和古菌协同作用的石油烃降解和产甲烷系统相比，基于单一古菌的石油烃降解系统中石油烃的降解速度更快，转化周期也比报道的要短得多。该研究为实现原油生物产甲烷提供了科学依据。不仅如此，该研究还为其他极端厌氧环境下碳循环过程的研究带来了新的启示。