微生物学：微生物による酸化鉄呼吸と硫化物酸化の共役

微生物は、生命の出現以来、地球の硫黄循環を駆動し続けてきた。しかし、微生物の硫黄循環能力や、それらの他の元素循環との統合については完全には解明されていない。そのような未解明の代謝の1つに、硫化物酸化と酸化鉄(III)還元の共役があり、これは普遍的な環境過程で、これまでは厳密に非生物的と考えられてきた。今回我々は、原核生物における硫黄代謝の包括的なゲノム解析の結果を提示し、細胞外の固体鉄(III)を用いて硫化物を酸化できる細菌を明らかにする。我々は、硫黄化合物の異化型変換に関与する100以上の遺伝子の系統学的枠組みを基盤として、細菌およびアーキアの大半の門で硫黄循環能力を記録した。代謝の再構築により、37の原核生物門のさまざまなメンバーにおいて、硫黄化合物の酸化と酸化鉄(III)呼吸の共存が予測された。生理学的およびトランスクリプトーム的な証拠から、培養代表種Desulfurivibrio alkaliphilusが、水酸化鉄を細胞外の鉄(III)電子受容体として、溶存硫化物あるいは硫化鉄（FeS）を硫酸塩に酸化し、独立栄養的に増殖することが示された。この生物学的過程は、環境で見られるような硫化物濃度では、非生物的過程よりも速かった。これらの知見は、硫黄循環微生物の既知の多様性を広げるとともに、無酸素環境における硫黄と鉄の循環を結び付ける生物学的機構を明らかにしており、全球的な元素循環における微生物の基本的な役割を浮き彫りにしている。

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