浙江大学学报(农业与生命科学版)  2016, Vol. 42 Issue (3): 273-281
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蔡朝阳, 何崭飞, 胡宝兰. 甲烷氧化菌分类及代谢途径研究进展[J]. 浙江大学学报(农业与生命科学版), 2016, 42(3): 273-281. DOI:10.3785/j.issn.1008-9209.2015.11.292
CAI Chaoyang, HE Zhanfei, HU Baolan. Progresses in the classification and mechanism of methane-oxidizing bacteria[J]. Journal of Zhejiang University (Agriculture and Life Sciences), 2016, 42(3): 273-281.  DOI: 10.3785/j.issn.1008-9209.2015.11.292.
甲烷氧化菌分类及代谢途径研究进展[PDF全文]
蔡朝阳, 何崭飞, 胡宝兰    
浙江大学环境与资源学院环境工程系,环境生态研究所,杭州310058
基金项目: 国家自然科学基金(51478415;41276109);浙江省重点科技创新团队项目(2013TD12);中央高校基本科研业务费专项资金(2015QNA6012)
通信作者: 胡宝兰(http://orcid.org/0000-0003-4700-3498),E-mail:blu@zju.edu.cn
第一作者联系方式: 蔡朝阳(http://orcid.org/0000-0003-2728-5651),E-mail:zycaizju@163.com
收稿日期(Received): 2015-11-29; 接受日期(Accepted): 2016-03-17; 网络出版日期(Published online): 2016-05-19
摘要: 甲烷作为仅次于二氧化碳的第2号温室气体,是全球温室效应的主要“贡献者”之一。甲烷氧化菌是一类可以直接以甲烷作为能源和碳源的微生物,不仅能减少土壤甲烷排放量,在含水量不饱和的土壤中还能利用空气中的甲烷,对于减缓全球温室效应具有显著效果。甲烷氧化菌可分为好氧甲烷氧化菌和厌氧甲烷氧化菌2大类,均在环境中分布广泛。本文总结了近年来有关甲烷氧化菌分类及其代谢途径2个方面的最新研究进展,以期为甲烷氧化菌在环境中的生态分布研究及甲烷氧化菌在工程中的应用提供参考。
关键词: 甲烷氧化菌    分类    核酮糖单磷酸盐(RuMP)循环    丝氨酸(serine)循环    卡尔文(CBB)循环    
Progresses in the classification and mechanism of methane-oxidizing bacteria
CAI Chaoyang, HE Zhanfei, HU Baolan    
Institute of Environmental Ecological Engineering, Department of Environment Engineering, College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
Summary: Methane (CH4) as a colorless, odorless organic gas, is one of the most simple hydrocarbons and is widely distributed in environment. As the second most important greenhouse gas, only following carbon dioxide, methane contributes a lot to the global warming. Methane-oxidizing bacteria are a kind of microorganisms which directly use methane as carbon and energy source. Because they can convert methane into carbon dioxide and mitigate the global greenhouse effect, methane-oxidizing bacteria are attracting more and more attention. Methane-oxidizing bacteria not only reduce methane emissions in the soil, but also uptake the methane in the gas phase of the unsaturated soil. They are important to mitigate the global greenhouse effect. According to whether can uptake oxygen in environment as the electron acceptor or not, methane-oxidizing bacteria can be divided into aerobic and anaerobic methane-oxidizing bacteria. Aerobic methane-oxidizing bacteria are gram-negative bacteria, which use methane as carbon and energy source, have been discovered as early as 1906. Because of the potential value of aerobic methane-oxidizing bacteria in practice production, scientists have made extensive research about them in the past 40 years. At the same time, aerobic methane-oxidizing bacteria can reduce soil methane emissions and uptake methane in the atmosphere, playing an important role in global carbon cycle. Because anaerobic methane-oxidizing bacteria’s doubling time is long, research progress about them is slow. Cellular components of different kinds of methane-oxidizing bacteria are different, and they have different enzymes and C1 metabolic pathways. The center metabolic mechanism of C1 component determines the competition ability of different bacteria in different environments. The main center metabolic mechanism can be divided into three categories: ribulose monophosphate cycle, serine cycle, and the Calvin-Benson-Bassham cycle.
Key words: methane-oxidizing bacteria    classification    RuMP cycle    serine cycle    Calvin-Benson-Bassham cycle    

甲烷(CH4)是一种无色、无味的有机气体,是最简单的碳氢化合物之一,在自然界中分布十分广泛。甲烷在大气中的含量只有1.8 mL/m3[1],但同摩尔数的温室气体,甲烷在100年内的温室效应是二氧化碳的28倍[2],约占持久性温室气体总量的22%[3]。因此,甲烷是重要的温室气体,对全球气候具有重要影响。全球甲烷年产量约300 Tg[4],其中90%在进入大气前被甲烷氧化菌氧化去除[5-6]。甲烷氧化菌对于减少大气甲烷含量,减缓全球温室效应具有重要作用。

甲烷氧化菌是甲基营养菌的一个分支,以甲烷作为主要的能源和碳源[7]。由于其能够将甲烷转化成二氧化碳,减缓温室效应[8],而受到人们的关注。甲烷氧化菌在环境中分布广泛,包括一些极端环境,比如在温度低至4 ℃[9]或高至72 ℃[10]的环境中均发现了甲烷氧化菌。早在1906年第1株甲烷氧化菌(Bacillus methanicum)[11]就被分离,关于好氧甲烷氧化菌的结构、功能、生理生化等方面的研究已有很多,但厌氧环境下生长的甲烷氧化菌的研究却进展缓慢。

由于好氧甲烷氧化菌细胞倍增时间短,易获得纯培养物,因此,关于甲烷氧化菌代谢途径的研究,主要集中于好氧甲烷氧化菌;而厌氧甲烷氧化菌由于生长缓慢,较难获得纯培养物,因此有关厌氧甲烷氧化菌代谢途径的研究较少。近年来,随着微生物学家对厌氧甲烷氧化菌的关注和研究,也取得了一定的成果。本文在综述甲烷氧化菌分类研究进展的同时,对甲烷氧化菌的代谢途径进行了综述,希望增加读者对甲烷氧化菌的了解。

1 甲烷氧化菌的分类

按照是否利用环境中的氧气作为电子受体,可以将甲烷氧化菌分为好氧甲烷氧化 菌和厌氧甲烷氧化菌(表 1)。

表1 甲烷氧化菌的分类 Table 1 Classification of methan-oxidizing bacteria
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1.1 好氧甲烷氧化菌

好氧甲烷氧化菌都是革兰氏阴性细菌,利用甲烷作为能源和碳源,早在1906年就已经被发现[11]。由于好氧甲烷氧化菌在生产实践方面的利用潜能,在过去40年里得到了广泛的研究,例如多种有机质的生物转化[12]、环境污染物的生物降解(如对卤代烃的降解)、生产有价值的工业产品(如从丙烯生产环氧丙烷)等。同时,好氧甲烷氧化菌能够减少土壤甲烷的排放[8],去除大气中的甲烷,在全球碳循环中具有重要作用。

根据细胞结构和功能及系统进化发育关系,可以将好氧甲烷氧化菌分为3大类[13-14]。第1类包括Ⅰ型和Ⅹ型甲烷氧化菌,共10属：Methylomonas,Methylobacter,Methylosarcina,Methylomicrobium,Methylohalobius,Methylosphaera,Methylosoma,Methylothermus,Methylocaldum和Methylococcus,均属于γ变形菌纲。其中Methylocaldum和Methylococcus属(Ⅹ型),能够利用3个已知的碳同化途径[核酮糖单磷酸盐循环(RuMP循环),丝氨酸循环(serine循环),卡尔文循环(Calvin-Benson-Bassham,CBB循环)],而其余属的细菌通常只利用RuMP循环同化C1组分。Ⅰ型甲烷氧化菌中利用RuMP循环的菌具有扁平型的细胞内膜(internal cytoplasmic membranes,ICM)(图 1A),附着颗粒型甲烷单加氧酶(particulate methane monooxygenase,pMMO)进行甲烷的氧化。第2类主要是Ⅱ型甲烷氧化菌,共5属：Methylosinus,Methylocystis,Methylocella,Methylocapsa和Methyloferula,均属于α变形菌纲,这些细菌均利用serine循环进行C1组分同化。第2类好氧甲烷氧化菌的ICM结构通常与细胞膜类似(图 1B),除了Methylocella以外,该属细菌不具备完整的ICM,含有可溶性甲烷单加氧酶(soluble methane monooxygenase,sMMO)[14-15]。第3类好氧甲烷氧化菌主要由嗜热嗜酸菌组成,属于疣微菌门(Verrucomicrobia),如Methylacidiphilum属,先将CH4转化成CO2,再利用卡尔文循环(CBB循环)同化CO2,该属细菌不形成ICM,而是形成羧酶体[16]。关于各种类型甲烷氧化菌的特征见表 2。

A：典型的Ⅰ型甲烷氧化菌Methylomonas methanica；B：典型的Ⅱ型甲烷氧化菌Methylosinus trichosporium. A： typical type Ⅰ methanotroph Methylomonas methanica; B: typical type Ⅱ methanotroph Methylosinus trichosporium。 图1 典型的甲烷氧化菌电镜图[17] Fig. 1 Electron micrograph of a cross-section of a typical methanotroph[17]

表2 不同类型甲烷氧化菌的特征 Table 2 Characteristics of different types of methane-oxidizing bacteria
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1.2 厌氧甲烷氧化菌

由于厌氧甲烷氧化菌生长缓慢、细胞倍增时间长等特性,导致厌氧甲烷氧化菌的研究进展比较缓慢。到目前为止,已知的厌氧甲烷氧化过程主要有三。1)硫酸盐型厌氧甲烷化(sulphate-dependent anaerobic methane oxidation,SAMO)：该过程由厌氧甲烷氧化古菌(anaerobic methanotrophic archaea,ANME)和硫酸盐还原细菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)通过共生关系共同完成[18],该过程以SO42-作为最终电子受体,其产物为HCO3-和HS-,其主要特点是甲烷厌氧氧化的同时伴随硫酸盐的还原,但最近研究发现,进行SAMO过程的ANME古菌却能解耦其共生的硫酸盐还原细菌进行自养生长[19-20];2)硝酸盐型或亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化(denitrification dependent anaerobic methane oxidation,DAMO)：能进行该过程的微生物主要是厌氧甲烷氧化古菌(ANME)[21]和一种不可培养的归属于NC10门的细菌(以M. oxyfera为代表)[22],该过程的特点是以CH4为电子供体,以NO3-/NO2-为电子受体进行氧化还原反应;3)铁、锰依赖型厌氧甲烷氧化[23]：该过程以CH4为电子供体,分别以Fe3+或Mn4+为电子受体进行氧化还原反应,关于进行该过程的微生物尚无定论,或是ANME,或是拟甲烷球菌属(Methanococcoides),或是古菌和细菌共同完成的[23]。

根据系统进化分析,可以将ANME分为3大类：ANME-1[与产甲烷微菌目(Methanomicrobiales)和产甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)有较远的亲缘关系]、ANME-2[属于产甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)]和ANME-3[与拟甲烷球菌属(Methanococcoides)亲缘关系较近][24]。ANME-2又可以分为ANME-2a,ANME-2b,ANME-2c和ANME-2d这4小类[4]。其中归属于ANME-2d的Candidatus Methanoperedens nitroreducens是目前发现唯一能够利用甲烷为电子供体,以硝酸盐为电子受体进行甲烷氧化的古菌[21]。能进行厌氧甲烷氧化的细菌到目前仅发现有隶属于NC10门的Candidatus Methylomirabilis oxyfera。关于NC10门细菌的一些特性见表 2。

2 甲烷氧化菌的代谢途径

不同类型的甲烷氧化菌的细胞组成不同,具有不同的酶系以及不同的C1代谢途径(图 2)。控制C1组分代谢的中心代谢机制决定了不同细菌在不同环境中的竞争能力。因此,探索不同的甲烷氧化菌在不同环境中如何生存、生长和氧化甲烷,对于开发利用这些菌降解有毒有害污染物、控制温室气体排放等具有重要意义。

图2 甲烷氧化菌代谢途径[26] Fig. 2 Metabolic pathway of methane-oxidizing bacteria[26]
2.1 甲烷的氧化

甲烷氧化菌能够将CH4氧化成CO2和水,并生成一系列的中间代谢产物(图 2),如甲醇、甲醛、甲酸等。甲烷氧化的第一步是由甲烷单加氧酶 (methane monooxygenase,MMO)催化完成的。到目前为止,一共发现了2种MMO：一种是可溶性甲烷单加氧酶(sMMO),主要分布于细胞质中;另一种是颗粒型甲烷单加氧酶(pMMO),主要在细胞膜上。除了Methylocella中不含pMMO外,所有目前已知的好氧甲烷氧化菌中均含有pMMO[27]。在厌氧甲烷氧化菌(如NC10门)中pMMO是进行甲烷氧化的功能酶[28]。只有一部分甲烷氧化菌[如M. capsulatus(Bath)和Methylosinus trichosporium OB3b]同时含有sMMO和pMMO[14, 29]。sMMO在甲烷氧化菌中并不常见,只在少数种中含有sMMO,如：Methylomicrobium sp. NI[30]。sMMO和pMMO的表达受环境中铜离子质量摩尔浓度的影响。在高Cu含量时(＞2.5 μmol/g)pMMO被表达；反之,在低Cu含量时,sMMO被表达[31]。

最近研究表明,有些古菌可以不利用MMO进行甲烷的氧化,如M. nitroreducens利用逆向产甲烷途径进行甲烷代谢[21]。宏基因组和单细胞基因组技术揭示M. nitroreducens基因组中包含了完全的产甲烷途径所需的mcrABCDG和mer基因。完整的还原性乙酰辅酶A途径及其合成酶的存在表明M. nitroreducens能产生乙酸。宏转录实验证实甲烷氧化为二氧化碳所需的全部基因均高度表达;13C同位素标记实验确证了投加的甲烷转化为CO2。不过在古菌中发现的反硝化酶仅有硝酸盐还原酶。上述实验证实了M. nitroreducens的逆向产甲烷机制及其对硝酸盐的部分还原。

2.2 甲醇的氧化

甲烷经MMO氧化生成甲醇,之后甲醇被位于周质空间的甲醇脱氢酶(methanol dehydrogenase,MDH)氧化生成甲醛(图 2)。MDH含有辅基吡咯并喹啉醌(PQQ),其分子结构和反应机制已在革兰氏阴性甲醇氧化菌中得到了广泛研究[32]。MDH是由2个大的(67 ku)和2个小的(8.5 ku)亚基组成的α2β2异四聚体,具有相当复杂的空间结构。在甲烷氧化菌和甲基营养型菌中编码MDH的大亚基(mxaF)的基因是高度保守的[33-34],因此可以把基因mxaF作为鉴定甲烷氧化菌和甲基营养菌的功能基因。

2.3 甲醛的同化

在甲烷氧化菌中,C1同化不仅可以通过RuMP循环发生在甲醛水平,而且可以通过serine循环发生在亚甲基-四氢叶酸(CH2H4F)和CO2水平;或者通过CBB循环在CO2水平上进行。前2个途径被认为对Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅹ型甲烷氧化细菌十分重要,而CBB循环则存在于疣微菌门菌及NC10门菌中[35]。

2.3.1 RuMP循环

Ⅰ型菌主要利用RuMP循环(图 3)同化甲醛[14]。在这个循环中2条途径可以将果糖-6-磷酸转化成丙酮酸盐:Entner-Douderoff(EDD)途径和EMP途径。尽管通过酶活实验表明,Ⅰ型甲烷氧化菌主要通过EDD途径进行代谢,但是通过13C稳定同位素标记实验发现,在1株Ⅰ型甲烷氧化菌Methylomicrobium中发现产生丙酮酸盐的主要途径却是EMP途径[36]。这表明在Ⅰ型甲烷氧化菌中代谢途径的多样性。

图3 核酮糖单磷酸循环[26] Fig. 3 RuMP cycle[26]

在RuMP循环中除了发酵酶及EDD途径、EMP途径外,还需要2种特殊的酶：磷酸己酮糖合成酶(HPS)和磷酸己酮糖异构酶(HPI),来确保RuMP循环的顺利进行。高活性的HPS和HPI是通过RuMP循环进行碳固定的显著标志[37]。但出现hps/hpi基因对并不是甲烷氧化菌能利用RuMP循环进行碳固定的标志[38],因为在许多非甲烷氧化菌中也检测到了hps/hpi基因对,包括Bacillus,Escherichia和一些古菌[39-40]。

2.3.2 Serine循环

Ⅱ型甲烷氧化菌同化甲醛的途径是serine循环(图 4)[14]。甲醛通过四氢甲烷蝶呤(H4MPT)途径形成甲酸盐,然后通过四氢叶酸(H4F)途径被转化成亚甲基四氢叶酸(CH2H4F),再通过脱甲基转移酶进入serine循环(图 2)。

通过serine循环同化C1组分需要从乙酰辅酶A重新产生乙醛酸盐。这个问题很早就被意识到了,乙醛酸盐可以通过一条经典的乙酰辅酶A途径得到补充。但很多具有serine循环的甲烷氧化菌并不是采用这条经典的途径,而是采用了另一条新的途径[37],这条新的途径是什么呢？这个困扰了科学家30多年的问题不久前被解决了,即甲基丙二酸单酰辅酶A途径(EMC途径)(图 4)[41]。但EMC途径并不是甲烷氧化菌所特有的,它也可以被兼性甲基营养菌如M. extorquens[42]、非甲基营养型细菌如Rhodobacter和Streptomyces[43]用来代谢C2组分。

图4 丝氨酸循环[26] Fig. 4 Serine cycle[26]

在serine循环中,有关基因往往成簇出现,且协同调节[44]。这些基因簇已经在许多甲基营养型细菌中得到了研究[45],它们的结构和功能十分复杂。γ变形杆菌纲甲烷氧化菌的基因组中也含有很多编码serine循环的基因,但它们很少成簇[46],其中编码serine循环一个主要的酶——磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PPC)的基因丢失了,因此在γ变形杆菌纲甲烷氧化菌中serine循环是不完整的。

2.3.3 CBB循环

很多甲烷氧化菌都能利用CBB循环进行C1组分的同化,主要有2大类：疣微菌门甲烷氧化菌(如:M. infernorum[13])和NC10门的厌氧甲烷氧化菌(如:M. oxyfera[28])。CBB循环以二氧化碳为碳源合成细胞物质,产生能量供细胞生命活动利用[47]。值得一提的是,利用CBB循环进行二氧化碳固定的甲烷氧化菌,不仅能利用细菌自身产生的二氧化碳,还可以利用环境中的二氧化碳进行新陈代谢。

3 展望

随着厌氧甲烷氧化过程研究的深入,甲烷氧化菌的种类不断得到丰富。具有不同新陈代谢途径的甲烷氧化菌,对自然环境、全球气候及人类的生产生活产生着重要的影响。如何开发利用对环境有利的甲烷氧化菌已成为微生物学家关注的焦点。经过100多年的不懈努力,好氧甲烷氧化菌的诸多秘密已被人们揭开。虽然厌氧甲烷氧化菌的发现已有40多年,但其相关代谢机制还不清楚。了解厌氧甲烷氧化菌的代谢机制,能够为其在废水处理技术上的应用提供可能。在废水厌氧生物处理过程中,往往伴随有甲烷的产生,这部分甲烷一部分被水中的厌氧甲烷氧化菌氧化,一部分被释放到大气中。硝酸盐型或者亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化菌既能利用水中氮素污染物,又能去除厌氧过程产生的甲烷,该过程在废水处理过程的应用将大大降低废水处理成本。

参考文献
[1] DLUGOKENCKY E J, BRUHWILER L, WHITE J W C, et al. Observational constraints on recent increases in the atmospheric CH4 burden. Geophysical Research Letters, 2009,36 (18): L18803.
[2] MYHRE G, SHINDELL D. Climate Change 2013: the Physical Science Basis. Cambridge University Press , 2013 : 659 -740.
[3] LELIEVELD J, CRUTZEN P J, DENTENER F J. Changing concentration, lifetime and climate forcing of atmospheric methane. Tellus Series B Chemical and Physical Meteorology, 1998,50 (2): 128–150.
[4] KNITTEL K, BOETIUS A. Anaerobic oxidation of methane: progress with an unknown process. Annual Review of Microbiology, 2009,63 : 311–334.
[5] GUPTA V, SMEMO K A, YAVITT J B, et al. Stable isotopes reveal widespread anaerobic methane oxidation across latitude and peatland type. Environmental Science & Technology, 2013,47 (15): 8273–8279.
[6] REEBURGH S W. Oceanic methane biogeochemistry. Chemical Reviews, 2007,107 (2): 486–513.
[7] KALYUZHNAYA M G, PURIB A W, LIDSTROM M E. Metabolic engineering in methanotrophic bacteria. Metabolic Engineering, 2015,29 : 142–152.
[8] SHINDELL D, KUYLENSTIERNA J C I, ELISABETTA V, et al. Simultaneously mitigating near-term climate change and improving human health and food security. Science, 2012,335 (6065): 183–189.
[9] BOWMAN J P, MCCAMMON S A, SKERRATT J H. Methylosphaera hansonii gen. nov., sp. a psychrophilic, group I methanotroph from Antarctic marine salinity, meromictic lakes. Microbiology, 1997,143 : 1451–1459.
[10] BODROSSY L, KOVACS K L, MCDONALD I R, et al. A novel thermophilic methane-oxidizing γ-proteobacterium. FEMS Microbiology Ecology, 1999,170 : 335–341.
[11] SÖHNGEN N L, Bakterien U. Welche methan als kohlenstoff nahrung and energiequelle gebrauchen. Parasitenkd Infectionskr Abt, 1906,2 (15): 513–517.
[12] STEPHANOPOULOS G. ARPAE workshop presentation, 2012, ARPAE, ed.
[13] CAMPH J, ISLAM T, STOTT M B, et al. Environmental, genomic and taxonomic perspectives on methanotrophic Verrucomicrobia. Environmental Microbiology Reports, 2009,1 (5): 293–306.
[14] HANSON R S, HANSON T E. Methanotrophic bacteria. Microbiology Review, 1996,60 (2): 439–471.
[15] DEDYSH S N, DUNFIELD P F. Facultative and obligate menthanotrophs: how to identify and differentiate them. Methods in Enzymology, 2011,495 : 32–44.
[16] VOROBEV A, JAGADEVAN S, BARAL B S, et al. Detoxification of mercury by methanobactin from Methylosinus trichosporium OB3b. Applied and Environmental Microbiology, 2013,79 (19): 5918–5926.
[17] MURRELL J C. The aerobic methane oxidizing bacteria (methanotrophs). Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology , 2010 : 1953 -1966.
[18] CALDWELL S L, LAIDLER J R, BREWER E A, et al. Anaerobic oxidation of methane: mechanisms, bioenergetics, and the ecology of associated microorganisms. Environmental Science & Technology, 2008,42 (18): 6791–6799.
[19] WEGENER G, KRUKENBERG V, RUFF S E, et al. Metabolic capabilities of microorganisms involved in and associated with the anaerobic oxidation of methane. Frontiers in Microbiology, 2016 . doi:10.3389/fmicb.2016.00046.
[20] SILVAN S, HANG Y, GRAYSON L, et al. Artificial electron acceptors decouple archaeal methane oxidation from sulfate reduction. Science, 2016,351 (6274): 703–707.
[21] HAROON M F, HU S, SHI Y, et al. Anaerobic oxidation of methane coupled to nitrate reduction in a novel archaeal lineage. Nature, 2013,500 (7464): 567–570.
[22] ETTWIG K F, SHIMA S, KATINKA T, et al. Denitrifying bacteria anaerobically oxidize methane in the absence of Archaea. Environmental Microbiology, 2008,10 (11): 3164–3173.
[23] THAMDRUP B, SCHUBERT C J. Anaerobic oxidation of methane in an iron-rich Danish freshwater lake sediment. Limnology and Oceanography, 2013,58 (2): 546–554.
[24] NIEMANN H, LSEKANN T, BEER D, et al. Novel microbial communities of the Haakon Mosby mud volcano and their role as a methane sink. Nature, 2006,443 (7113): 854–885.
[25] DUNFIELDP F, YURYEV A, SENIN P, et al. Methane oxidation by an extremely acidophilic bacterium of the phylum Verrucomicrobia. Nature, 2007,450 (7171): 879–818.
[26] ANTHONY C. Methanotroph commons. 2015. http://www.methanotroph.org/.
[27] DEDYSH S N, LIESACK W, KHMELENINA V N, et al. Methylocella palustris gen. nov., sp. nov., a new methane-oxidizing acidophilic bacterium from peat bogs, representing a novel subtype of serine-pathway methanotrophs. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2000,50 : 955–969.
[28] ETTWIG K F, BUTLER M K, PASLIER D, et al. Nitrite-driven anaerobic methane oxidation by oxygenic bacteria. Nature, 2010,464 : 543–548.
[29] MURRELL J C, GILBERT B B, MCDONALD I R, et al. Molecular biology and regulation of methane monooxygenase. Archives of Microbiology, 2000,173 (5): 325–332.
[30] FUSE H, OHTA M, TAKIMURA O, et al. Oxidation of trichloroethylene and dimethyl sulfide by a marine Methylomicrobium strain containing soluble methane monooxygenase. Bioscience Biotechnology and Biochemistry, 1998,62 : 1925–1931.
[31] STANLEY S H, PRIOR S D, LEAK D J, et al. Copper stress underlies the fundamental change in intracellular location of methane monooxygenase in methane oxidizing organisms: studies in batch and continuous cultures. Biotechnology Letters, 1983,5 (7): 487–492.
[32] ANTHONY C, WILLIAMS P. The structure and mechanism of methanol dehydrogenase. Biochimica et Biophysica Acta-Proteins and Proteomics, 2003,1647 (1/2): 18–23.
[33] BASTIEN C, MACHLIN S, ZAHN Y, et al. Organization of genes required for oxidation of methanol to formaldehyde in three type Ⅱ methanotrophs. Applied and Environmental Microbiology, 1989,55 : 3124–3130.
[34] MCDONALD I R, MURRELL C J. The methanol dehydrogenase structural gene mxaF and its use as a functional gene probe for methanotrophs and methylotrophs. Applied and Environmental Microbiology, 1997,63 : 3218–3224.
[35] RASIGRAF O, KOOL D M, JETTEN M S M, et al. Autotrophic carbon dioxide fixation via the Calvin-Benson-Bassham cycle by the denitrifying methanotroph “Candidatus Methylomirabilis oxyfera”. Applied and Environmental Microbiology, 2014 . doi:10.1128/AEM.04199-13.
[36] KALYUZHNAYA M G, YANG S, ROZOVA O N, et al. Highly efficient methane biocatalysis revealed in a methanotrophic bacterium. Nature Communications, 2013 . doi:10.1038/ncomms3785.
[37] ANTHONY C. The Biochemistry of Methylotrophs. Academic Press , 1982 .
[38] YASUEDA H, KAWAHARA Y, SUGIMOTO S. Bacillus subtilis yckG and yckF encode two key enzymes of the ribulose monophosphate pathway used by methylotrophs, and yckH is required for their expression. Journal of Bacteriology, 1999,181 (23): 7154–7160.
[39] KALYUZHNAYA M G, MARCO P, BOWERMAN S, et al. Methyloversatilis universalis gen. nov., sp. nov., a novel taxon within the Betaproteobacteria represented by three methylotrophic isolates. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2006a,56 : 2517–2522.
[40] KALYUZHNAYA M G, BOWERMAN S, LARA J C, et al. Methylotenera mobilis gen. nov., sp. nov., an obligately methylamine-utilizing bacterium within the family Methylophilaceae. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2006b,56 : 2819–2823.
[41] CHISTOSERDOVA L, KALYUZHNAYA M G, LIDSTROM M E. The expanding world of methylotrophic metabolism. Annual Review of Microbiology, 2009,63 : 477–499.
[42] OKUBO Y, YANG S, CHISTOSERDOVA L, et al. Alternative route for glyoxylate consumption during growth on two-carbon compounds by Methylobacterium extorquens AM1. Journal of Bacteriology, 2010,192 (7): 1813–1823.
[43] ALBER B E. Biotechnological potential of the ethylmalonyl-CoA pathway. Appl Microbiol Biotechnol, 2010,89 (1): 17–25.
[44] KALYUZHNAYA M G, LIDSTROM M E. QscR-mediated transcriptional activation of serine cycle genes in Methylobacterium extorquens AM1. Journal of Bacteriology, 2005,187 (21): 7511–7517.
[45] VUILLEUMIER S, CHISTOSERDOVA L, LEE M C, et al. Methylobacterium genome sequences: a reference blueprint to investigate microbial metabolism of C1 compounds from natural and industrial sources. PLoS ONE, 2009 . doi:10.1371/journal.pone.0005584.
[46] WARD N, LARSEN Ø, SAKWA J, et al. Genomic insights into methanotrophy: the complete genome sequence of Methylococcus capsulatus (Bath). PLoS Biology, 2004 . doi:10.1371/journal.pbio.0020303.
[47] KHADEM A F, POL A, WIECZOREK A, et al. Autotrophic methanotrophy in Verrucomicrobia: Methylacidiphilum fumariolicum solv uses the Calvin-Benson-Bassham cycle for carbon dioxide fixation. Journal of Bacteriology, 2011,193 (17): 4438–4446.