Science：發現一種最原始的三羧酸循環揭示早期生命起源

　　一項針對從琉球海槽南部（Southern Okinawa Trough）的一個熱液田（hydrothermal field）中分離出來的熱硫化物桿菌（Thermosulfidibacter）的多組學研究使得發現最為原始的三羧酸（TCA）循環成為可能。相關研究結果發表在2018年2月2日的Science期刊上，論文標題為“A primordial and reversible TCA cycle in a facultativelychemolithoautotrophic thermophile”。

　　TCA循環是大多數有機體必需的一種關鍵的代謝機制。它可以追溯到地球上最后一個共同祖先的出現，而且被認為是自化學進化開始以來的“最早的代謝路線之一”（圖1）。雖然TCA循環可能以多種形式存在，但是在地球上的生命開始產生時，關于它的原始組成有各種各樣的論據。

圖1.TCA循環，圖片來自Hokkaido University

圖2.Thermosulfidibacter takaii細胞，圖片來自Hokkaido University

　　在這項新的研究中，研究人員發現嗜熱菌Thermosulfidibacter takaii（圖2，以下簡稱“Thermosulfidibacter”）具有一種新的TCA循環，它可能是迄今為止已知的最為原始的形式。多組學分析（包括采用代謝組學的一種新方法）結果揭示出Thermosulfidibacter具有一種可逆的TCA循環，即不論是處于自養的或混合營養的條件下，根據可利用的碳源靈活地改變反應方向（圖3）。迄今為止，還沒有發現其他的有機體在TCA循環中利用相同的一組酶表現出碳固定（autotrophy, 即自養型）和脫羧（heterotrophy, 即異養型）功能。就眾多TCA循環而言，在Thermosulfidibacter中觀察到的這種TCA循環是“異乎尋常的（exotic）”，這是因為它能夠對態波動的環境條件作出應答而方便地改變反應方向，因此它被認為表現出最基本的TCA循環形式的特征。

圖3.在Thermosulfidibacter中檢測到的可逆TCA循環運作示意圖，圖片來自Hokkaido University

圖4.多種已知的TCA循環和這種在Thermosulfidibacter中檢測到的可逆TCA循環，圖片來自Hokkaido University

　　盡管一個永恒的問題---生命的最初形式是自養的還是異養的---仍然有待回答（圖4），但是這項研究中揭示的這種原始的TCA循環的特征強有力地表明了有可能產生混合營養的有機體，這種有機體能夠依據原始地球上可利用的有機碳和無機碳的豐度，靈活地改變它的代謝。