以甲烷为食的微生物新贡献：将温室气体转化为塑料、饲料与燃料

一项最新综述研究表明，消耗甲烷的微生物可在生产塑料、燃料和饲料的同时减少温室气体排放。

根据对快速发展的甲烷微生物研究的最新科学综述，这些以甲烷为食的微生物有望将这种强效温室气体转化为动物饲料、可生物降解塑料和清洁燃料等有用产品。

该研究聚焦于甲烷氧化菌——一类以甲烷作为碳源和能量来源的细菌群落。研究人员指出，这些微生物既能削减排放，又能将废气转化为有价值的材料，具有双重作用。

在百年时间尺度上，甲烷的全球变暖潜势约为二氧化碳的28倍。目前，仍有大量甲烷从垃圾填埋场、农业活动、采矿作业和废水处理厂逃逸至大气中。该综述指出，甲烷氧化菌正成为减缓气候变暖的"生物守门员"，同时为低能耗制造提供新途径。

微生物作为气候工具

"我们的研究表明，甲烷氧化菌不再只是环境微生物学的研究对象，更是低碳未来的战略性生物工具，"山东大学的第一作者邓晶瑞表示，"若能理解和控制这些微生物群落，我们可以在减少温室气体的同时，利用相同过程制造有用产品。"

甲烷氧化菌天然富集于富含甲烷的环境中，包括湿地、稻田、森林土壤、湖泊甚至温泉。这些微生物依靠特殊酶在温和条件下将甲烷逐步氧化为甲醇、甲醛、甲酸，最终转化为二氧化碳。

研究人员正致力于大规模应用这些特性。该综述重点介绍了多项新型工程技术：垃圾填埋场的生物覆盖层、矿山和沼气厂的甲烷剥离生物过滤器，以及接种甲烷氧化菌的废水处理系统。在采矿环境中，喷洒含甲烷氧化菌的超细水雾已被证实可降低空气中甲烷浓度，既减少排放又降低爆炸风险。在废水处理中，部分甲烷氧化菌能同步去除甲烷和氮化合物。

变废为宝

但气候效益并非总是直接的。作者警告称，甲烷清除有时可能增加氧化亚氮排放——这种温室气体的增温效应更强。某些甲烷氧化菌会与其他微生物争夺关键金属元素，可能无意中加剧氧化亚氮释放。

"设计未来系统意味着选择合适的微生物组合，从而实现甲烷与氧化亚氮的双重削减，而非用一种气体替换另一种，"邓晶瑞强调。

除了排放控制，该综述还指出甲烷氧化菌可作为微型工厂生产高附加值产品，包括甲醇、用于动物饲料的单细胞蛋白，以及可生物降解塑料聚羟基脂肪酸酯。中试系统显示，将甲烷氧化菌固定在椰壳纤维或改性壳聚糖等材料上，可显著提升甲醇产量。其他混合微生物群落可将沼气转化为适合饲料应用的富蛋白生物质。

某些甲烷氧化菌还能在细胞内以聚合物颗粒形式储存碳，这些颗粒后续可加工成类塑料材料。在优化条件下，部分菌株能将超过一半的细胞质量转化为此类聚合物。

作者表示，高通量细胞分选和合成生物学等先进工具正在加速研究进程，使科学家能针对特定气候和制造目标设计微生物群落。"展望未来，甲烷氧化菌正处于气候减缓、废物管理和绿色制造的交叉点，"资深作者牛启归指出，"通过整合菌株工程、智能生物反应器设计和严格的生命周期评估，我们可以将甲烷从环境负担转变为可持续生物制造的基石。"

该研究已发表于《能源与环境关系》期刊。

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