土壤微生物也“吃”多酚

水果、蔬菜、紅酒和巧克力都富含多酚，這是一種天然的植物化合物，具有抗癌抗氧化劑的雙重作用。人們(men) 可以獲得這些食物的健康益處，因為(wei) 腸道中的微生物會(hui) 愉快地享用它們(men) ，將其分解成更小的化學成分。

美國科羅拉多州立大學土壤與(yu) 作物科學副教授Kelly Wrighton領導一個(ge) 科研團隊想知道，微生物，例如土壤中的微生物，能否分解人體(ti) 外係統中同樣的多酚。

近日，他們(men) 在發表於(yu) 《自然—通訊》的論文中提出了一個(ge) 最新理論，即在土壤——很像人類的腸道中，多酚可以成為(wei) 生活在那裏的微生物的食物來源。研究結果可能推翻一個(ge) 長期以來的理論，即在某些條件下，土壤微生物無法獲取多酚，因此可以被用作碳“捕集器”，以減少大氣中的溫室氣體(ti) 。

“我們(men) 的研究打開了進一步研究多酚代謝及其如何適應自然碳循環的大門。”論文第一作者、土壤與(yu) 作物科學博士Bridget McGivern說。

研究人員在實驗室對土壤樣本進行了高分辨率化學分析和精確監測。結果證明，在無氧條件下，土壤中的微生物確實能分解多酚類物質，可能會(hui) 釋放二氧化碳。

這些實驗結果與(yu) 長期存在的“酶鎖”理論背道而馳，該理論認為(wei) ，在濕地、泥炭地等地，當氧氣無法自由獲取時，土壤微生物不會(hui) 代謝多酚。如果多酚類物質在無氧土壤中未被“消化”的事實屬實，那就意味著用這些化合物填充土壤可能成為(wei) 一個(ge) 碳匯。

“我們(men) 知道多酚是非常粘稠的，因此人們(men) 認為(wei) ，在土壤中，多酚不僅(jin) 自身不會(hui) 被分解，而且會(hui) 附著在土壤中的其他碳和酶上，防止其他物質進一步分解。所以大家覺得，如果有一個(ge) 已經崩潰的係統，比如退化的濕地，就可以往這個(ge) 係統裏添加含多酚的木屑等，再次淹沒它，鎖住所有的碳。” Wrighton對此進行了解釋。

腸道也是無氧環境，多酚在人體(ti) 腸道中是如何分解的已經廣為(wei) 人知。“多酚類物質的分解必須發生在腸道中，這樣我們(men) 才能獲得這些抗氧化劑，才能欣賞巧克力、紅酒以及它們(men) 的所有好處。”Wrighton說。

但到另一個(ge) 生態係統，這些化合物的行為(wei) 有著完全不同的範式。Wrighton推測，也可能是土壤環境的內(nei) 在複雜性造成了多酚在那裏表現不同的原因。基於(yu) 這個(ge) 假設以及可用的先進化學工具，他們(men) 著手測試土壤中的微生物是否真的能在無氧條件下分解多酚。

能源部聯合基因組研究所的合作者對土壤微生物組進行了宏基因組測序，提供了在微生物群落中發現的每個(ge) 基因的“快照”。環境分子科學實驗室的合作者進行了元蛋白質組學研究，提供了樣本中哪些基因表達哪些蛋白質的信息。

研究小組進一步分析了3種高分辨率、代謝識別化學物質。他們(men) 必須弄清楚哪些分子來自有機聚合物，哪些是土壤基質的背景噪聲。結果是，複雜的多酚化合物被微生物分離成小分子組分。

既然研究小組已經在實驗室環境中證明了多酚是無氧區土壤微生物的食物來源，那麽(me) 下一步就是探究其在野外環境中能否表現出同樣的行為(wei) 。於(yu) 是研究小組希望在瑞典的永久凍土係統中測試他們(men) 的理論。因為(wei) 很多人認為(wei) 其通過固碳具有減少溫室氣體(ti) 的潛力。

McGivern說，不過首先要做的是，建立一個(ge) 計算基礎平台，以更好地分類和識別與(yu) 微生物多酚代謝相關(guan) 的不同的酶。

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