Science：发现一种最原始的三羧酸循环 揭示早期生命起源
一项针对从琉球海槽南部（Southern Okinawa Trough）的一个热液田（hydrothermal field）中分离出来的热硫化物杆菌（Thermosulfidibacter）的多组学研究使得发现最为原始的三羧酸（TCA）循环成为可能。相关研究结果发表在2018年2月2日的Science期刊上，论文标题为“A primordial and reversible TCA cycle in a facultativelychemolithoautotrophic thermophile”。
TCA循环是大多数有机体必需的一种关键的代谢机制。它可以追溯到地球上最后一个共同祖先的出现，而且被认为是自化学进化开始以来的“最早的代谢路线之一”（图1）。虽然TCA循环可能以多种形式存在，但是在地球上的生命开始产生时，关于它的原始组成有各种各样的论据。
图1.TCA循环，图片来自Hokkaido University
图2.Thermosulfidibacter takaii细胞，图片来自Hokkaido University
在这项新的研究中，研究人员发现嗜热菌Thermosulfidibacter takaii（图2，以下简称“Thermosulfidibacter”）具有一种新的TCA循环，它可能是迄今为止已知的最为原始的形式。多组学分析（包括采用代谢组学的一种新方法）结果揭示出Thermosulfidibacter具有一种可逆的TCA循环，即不论是处于自养的或混合营养的条件下，根据可利用的碳源灵活地改变反应方向（图3）。迄今为止，还没有发现其他的有机体在TCA循环中利用相同的一组酶表现出碳固定（autotrophy, 即自养型）和脱羧（heterotrophy, 即异养型）功能。就众多TCA循环而言，在Thermosulfidibacter中观察到的这种TCA循环是“异乎寻常的（exotic）”，这是因为它能够对态波动的环境条件作出应答而方便地改变反应方向，因此它被认为表现出最基本的TCA循环形式的特征。
图3.在Thermosulfidibacter中检测到的可逆TCA循环运作示意图，图片来自Hokkaido University
图4.多种已知的TCA循环和这种在Thermosulfidibacter中检测到的可逆TCA循环，图片来自Hokkaido University
尽管一个永恒的问题---生命的最初形式是自养的还是异养的---仍然有待回答（图4），但是这项研究中揭示的这种原始的TCA循环的特征强有力地表明了有可能产生混合营养的有机体，这种有机体能够依据原始地球上可利用的有机碳和无机碳的丰度，灵活地改变它的代谢。
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