서부 북극해 축치 국경지대의 인공 탄산염에 있는 금속효소 특징

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16597(2022) 이 기사 인용

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해저의 차가운 누출지에서 메탄이 풍부한 유체가 이동하면 강렬한 미생물 활동과 인공 탄산염의 침전이 발생합니다. 본 연구에서 우리는 서부 북극해인 축치 국경지대(CB)의 남서쪽 경사면에 있는 활성 가스 수화물 마운드에서 최근 회수된 미생물 유래 인공 탄산염 샘플을 분석했습니다. 우리의 주요 목표는 탄산염이 함유된 지질 분획의 미량 원소 분포 패턴을 특성화하여 혐기성 메탄(AOM) 산화와 관련된 미생물의 금속효소 요구 사항을 평가하는 것이었습니다. 우리는 안정 동위원소, 미량 원소, 지질 바이오마커 및 게놈 DNA를 측정했으며 결과는 연구된 탄산염 샘플에서 AOM 관련 지질 바이오마커의 우세와 혐기성 메탄영양 고세균(ANME)-1의 우세한 발생을 나타냅니다. 우리는 또한 이전과 다른 해당 탄산염 분획에 대해 결정된 원소 조성과 비교하여 CB 탄산염의 총 지질 분획에서 다양한 미량 원소(Li, Ni, Co, Cu, Zn 및 Mo)가 중요하게 우선적으로 농축되었다는 증거를 보고합니다. 다른 누출 사이트에 대해보고되었습니다. 우리는 탄산염이 함유된 지질 분획의 미량 원소 농축이 AOM 미생물 집합의 유형에 따라 달라질 수 있다고 가정합니다. AOM의 잠재적인 금속효소로서 차가운 침투 탄산염의 지질 결합 미량 원소의 메커니즘을 추가로 조사하려면 추가 작업이 필요합니다.

차가운 누출은 전 세계 해양 가장자리에서 발생하며1,2, 이는 해저에서 물기둥으로 메탄이 풍부한 유체가 방출되는 것과 같습니다3,4. 감소된 유체의 누출 속도는 해저5에서 상당히 다양할 수 있으며, 이는 차가운 누출지에서 지하 퇴적물에 광범위한 산화환원 조건을 초래합니다6. 해저 메탄 누출의 주요 생지화학적 과정은 혐기성 메탄 산화(AOM)이며, 이는 상부 수주로 방출된 메탄의 상당 부분을 효율적으로 소비합니다7,8. AOM 동안 중탄산염(HCO3-)의 생성으로 인해 주변 공극수의 알칼리도 수준이 크게 증가하여 탄산염 과포화 및 침전을 촉진합니다2,9. 따라서, 인공 탄산염 침전은 일반적으로 차가운 누출에서 발생하며, 이는 현대 및 고대 누출 모두에서 메탄 방출 사건을 조사하기 위한 기록 보관소 역할을 할 수 있습니다.

AOM은 일반적으로 혐기성 메탄영양 고세균(ANME)과 황산염 환원 박테리아(SRB)의 컨소시엄에 의해 중재됩니다. 그러나 최근 연구에서는 ANME가 망간(Mn) 및 철(Fe)이 풍부한 옥시수산화물과 같은 다른 전자 수용체를 사용하여 차가운 누출에서 메탄 산화를 촉진할 수도 있다고 보고했습니다. 특히 니켈(Ni), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 아연(Zn)과 같은 다른 미량 금속도 AOM에 관여하여 효소 보조 인자로 작용할 수 있습니다17,18. 이러한 발견의 대부분은 배양 실험에서 얻은 것입니다. 최근 연구에서는 콩고, 나일 심해, 니제르 팬, 멕시코만 등 전 세계의 다양한 누출물에서 나온 인공 탄산염에 보존된 전체 지질 분획의 미량 원소 지구화학을 처음으로 특성화했으며20 다음과 같은 사실을 시사합니다. 이러한 접근법은 차가운 누출물에서 미생물 활동에 필수적인 미량 금속을 식별하는 데 사용될 수 있습니다. 이전 연구에서는 AOM20과 관련된 이전에 확인된 효소 경로와 연결된 탄산염이 함유된 지질 분획에서 Ni, Co, Mo 및 W의 현저한 농축이 보고되었습니다. 그럼에도 불구하고 AOM이 차가운 누출물에서 미량 금속 생체 이용률의 변화에 ​​의해 어떻게 영향을 받을 수 있는지에 대한 정보는 여전히 부족합니다.

최근에는 서부 북극해의 축치 국경지대(CB)에서 가스 하이드레이트 마운드 구조물이 발견되었습니다21. 방출된 가스의 기원과 공극 유체 특성에 대한 지구화학적 정보는 2018년 R/V ARAON 탐사 ARA09C 동안 이 마운드 구조 내에서 얻어졌습니다22. 그러나 지금까지 자생 탄산염에 보존된 생지화학적 특성은 새로 발견된 가스에서 조사되지 않았습니다. 마운드에 수분을 공급하십시오. 이 연구에서 우리는 산소 및 탄소 안정 동위원소와 광물학은 물론 미량 원소 존재비, 지질 바이오마커 및 핵산을 사용하여 일련의 인공 탄산염 시료에 대한 자세한 지구화학적 특성 분석을 제공합니다. 이 연구의 주요 목적은 i) CB 마운드에서 탄산염 침전을 제어하는 ​​주요 환경 요인을 평가하고, ii) CB 마운드에서 지구 화학적 및 미생물 군집 특성을 특성화하고, iii) AOM과 관련된 미생물 활동에서 미량 금속의 관계를 평가하는 것이었습니다. CB 지구화학적 및 미생물 특성에 대한 새로운 데이터를 전 세계의 다른 누출지에서 이전에 얻은 데이터와 비교함으로써. 우리는 인공 탄산염에서 추출된 총 지질 분획의 특정 미량 원소 농축이 다른 ANME 공동체의 우선적인 미량 금속 활용을 나타낼 수 있다는 가설을 테스트하는 것을 목표로 했습니다. 우리의 연구는 AOM과 관련된 미생물의 금속효소 요구 사항에 대한 새로운 시각을 제시합니다.