降解石油产甲烷 古菌拯救“老”油田

近日，兰州大学泛第三极环境中心生物地球化学循环团队的刘鹏飞教授与农业农村部沼气科学研究所承磊研究员团队、深圳大学高等研究院李猛教授团队、德国马普海洋微生物研究所甘特·韦格纳（Gunter Wegener）教授团队深度合作，首次证实了古菌Ca.Methanoliparia具有独立降解烷烃产甲烷的能力。

石油是一种重要的能源物质和工业生产原料，而经过一个多世纪的开采，出现了大量的“老旧”油井，常规的开采手段已经无法有效高效进行原油开采。

1999年，科学家在《科学》杂志上发表文章，证实在无氧的条件下，原油中的细菌和古菌合作，可以将复杂的石油化合物（主要是烷烃类化合物）转化为甲烷。基于这一发现及后续研究，科学家提出了一种基于厌氧微生物的，廉价、清洁的微生物开采技术——“原油生物气化”技术，希望通过微生物的作用，将深部油藏中难以开采的石油转化为天然气，实现残余原油的再次开采。然而既往的研究表明，降解石油产甲烷的过程由细菌和古菌通过合作的方式完成，耗时久且体系不稳定，难以实现工程化运用。

伴随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，解析其可能驱动的生物地球化学循环过程。2019年，德国马普海洋微生物研究所的科学家发现，一种新的古细菌Ca.Methanoliparia可能具有独立降解长链烷基烃产甲烷的能力，但相关研究仅停留在假设阶段。

此次中外研究团队的合作研究，通过生理培养实验结合宏基因组学、宏转录组学和代谢组学，证实了该古菌可以独立降解长链烷基烃产甲烷，并提出第五种古菌甲烷产生代谢途径，即长链烷烃代谢产甲烷。

研究还揭示了产甲烷古菌在地球深部厌氧碳循环中的重要性存在被低估的可能性。与传统的基于细菌和古菌合作的石油烃降解产甲烷系统相比，以单一古菌为主的石油烃降解体系石油烃降解速率更快，转化周期远小于已有报道，该研究为实现原油生物产甲烷提供了科学基础。不仅如此，该研究也为其他极端厌氧环境的碳循环过程研究带来了新启示。