微生物驱动的好氧甲烷氧化是全球碳循环的关键过程，可高效削减温室气体甲烷排放。该反应高度依赖颗粒性甲烷单加氧酶（pMMO），而铜（Cu）是其必需金属辅因子，胞内充足Cu²⁺是pMMO保持高催化活性的前提。然而早期太古宙海洋与现代氧化还原界面等环境中，可溶性铜浓度极低，Cu主要赋存于黄铜矿（CuFeS₂）等硫化物矿物结构中。但有氧甲烷氧化作用在这类环境中却广泛存在，这是否暗示含Cu矿物能够作为生物酶中Cu的来源？

针对上述科学问题，我校地球科学与资源学院博士生胡景龙在董海良教授指导下，以专性依赖pMMO的甲烷氧化菌Methylocystis parvus OBBP和黄铜矿（CuFeS₂）为研究对象，在有氧条件下进行微宇宙共培养实验。通过监测微生物甲烷氧化速率、微生物细胞内外金属元素含量的变化，转录组与蛋白组联合分析等手段，系统探究了含铜矿物的生物可利用性以及微生物摄取矿物营养元素的潜在机制，为破解低可溶性铜环境下甲烷氧化活性之谜提供答案，取得以下创新型认识：

1.黄铜矿可作为唯一铜源，显著促进Methylocystis parvus OBBP 生长与甲烷氧化，速率与程度与可溶性Cu2？处理组类似，证实固态铜矿物具备高效生物可利用性（图1）。

2.微生物并非依赖矿物非生物溶解释放铜，而是通过特异性合成并分泌甲烷螯合菌素（methanobactin, Mbn） 这类铜载体分子，直接从黄铜矿表面螯合萃取铜，形成 Cu-Mbn 复合物后被细胞吸收利用（图2，图3）。

3.基因组含两组 Mbn 合成操纵子，其中Group I 操纵子组成型高表达，负责从固态矿物中高效攫取铜；Group II 操纵子受胞内铜浓度调控，仅在铜匮乏时显著上调，二者协同维持细胞铜稳态（图4）。

该研究证实含铜矿物的生物可利用性，阐明了微生物从矿物中获取金属辅因子的分子机制，为太古宙缺铜海洋中生物甲烷氧化过程的繁衍提供了合理的假说，对理解早期地球环境演化、现代湿地/海洋甲烷汇调控及温室气体减排具有重要理论价值。

图1 不同铜源条件下，微生物生长、甲烷氧化速率以及细胞内外铜浓度随时间的变化

图2 不同铜源条件下上清液铜载体质谱图

图3 Methylocystis parvus OBBP从黄铜矿中获取铜的机制模型

图4 Methylocystis parvus OBBP在不同条件下的差异mRNA表达

该研究得到了国家自然科学基金委重大项目（42192500,42192503）的支持。成果近期发表于Nature旗下期刊《通讯：地球与环境》（Communications Earth & Environment）：Hu, J., Dong, H., Li, G. & Sheng, Y. Copper acquisition from mineral promotes aerobic methane oxidation. Commun. Earth Environ. (2026)

全文链接 https://doi.org/10.1038/s43247-026-03385-3