Microbiome
氢氧化偶联锑还原的新型生物地球化学循环研究

小赛推荐：

该研究首次确认了氢氧化耦合五价锑还原（HOSbR）这一新型生物地球化学过程在锑污染环境中的存在，并揭示了Azospirillum和Hydrogenophaga在不同污染环境中的生态功能，为重金属污染修复提供了新的微生物线索。

 

文献概述
本研究聚焦于氢氧化耦合五价锑还原（HOSbR）这一新型生物地球化学过程，在锑污染尾矿和河流沉积物中揭示了其潜在微生物驱动因素。通过稳定同位素探针（DNA-SIP）和宏基因组分析，研究人员鉴定出不同生境中参与HOSbR的关键细菌，并探讨其在低营养和有机质富集环境中的代谢路径差异。

背景知识
由于锑（Sb）的广泛开采和使用，其污染已成为全球性环境问题。特别是五价锑（Sb(V)）在水体和土壤中具有高迁移性，对生态系统和人类健康构成威胁。微生物介导的Sb(V)还原过程能够有效降低其生物可利用性，而H2作为广泛存在的无机电子供体，是否可驱动Sb(V)还原此前尚未有报道。本研究基于热力学计算和实验验证，首次揭示了HOSbR在锑污染环境中的可行性及其生态意义。

 

基因敲除小鼠服务：适用于研究基因在全身或特定组织中的功能，支持疾病模型构建与药物靶点验证。通过Cre-LoxP系统实现组织特异性基因敲除，避免胚胎致死问题，助力生理功能与疾病机制研究。

了解更多

 

研究方法与实验
研究人员从中国湖南锡矿山采集了两种不同生境的样本：低营养尾矿和有机质富集的下游河流沉积物。通过建立微宇宙培养体系，在厌氧条件下提供H2和Sb(V)，并利用DNA-SIP追踪同化13C的微生物。随后对富集培养物进行16S rRNA基因扩增子测序与宏基因组测序，构建代谢通路并分析氮固定潜力。同时，通过乙炔还原实验评估尾矿样本中HOSbR与氮固定的关系。

关键结论与观点

• 在Sb+H2处理中，两种生境均发生显著的Sb(V)还原，且仅在有微生物活性的条件下发生。
• 13C标记结果表明，Hydrogenophaga（河流沉积物）和Azospirillum（尾矿）为HOSbR主要驱动微生物。
• 基因组分析揭示两种菌群具有Sb还原相关基因（arrA和anrA），并采用不同碳固定和H2氧化途径：Hydrogenophaga使用CBB途径，而Azospirillum采用rTCA途径。
• Azospirillum在尾矿中表现为关键种群，且其丰度与氮固定活性呈正相关，表明其可能通过生物固氮改善低营养尾矿环境。

研究意义与展望
该研究拓展了对Sb生物地球化学循环的认知，揭示了HOSbR在自然环境中的广泛性，并为尾矿修复提供了潜在的微生物功能群。未来研究可进一步分离和验证这些微生物在锑还原与氮固定中的协同作用，探索其在低营养环境中的生态适应机制，同时评估其在微生物组工程中的应用潜力。

 

微生物互作分析平台：支持基于基因编辑小鼠和无菌鼠模型的肠道菌群与宿主互作研究，提供菌群移植、模型构建与药效评估服务。适用于营养代谢、免疫调节、感染机制等研究方向。

了解更多

 

结语
本研究首次报道了氢氧化耦合五价锑还原（HOSbR）这一新型生物地球化学过程在锑污染尾矿和河流沉积物中的存在。通过稳定同位素探针与基因组挖掘，鉴定出Hydrogenophaga和Azospirillum分别为有机质丰富河流沉积物与低营养尾矿中的主要HOSbR驱动菌群。宏基因组分析揭示其携带arrA和anrA等关键还原酶基因，并采用不同碳固定与H2氧化策略，反映生境适应性差异。值得注意的是，Azospirillum在尾矿中表现为关键种群，其丰度与氮固定活性高度相关，提示其在低营养环境中通过固氮改善微生物生存条件。这些发现不仅揭示了HOSbR在锑污染环境中的生态功能，也为未来尾矿微生物修复提供了新的功能类群线索。

 

Yize Wang, Xiaoxu Sun, Yubo Cao, Duanyi Huang, and Weimin Sun. Identification of hydrogen oxidation coupled with antimonate reduction, a novel antimony biogeochemical cycling, in two contrasting antimony-contaminated environments. Microbiome.