近日，南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）海洋分子微生物学与基因资源研究团队联合中国科学院微生物研究所、深圳大学和厦门大学，在海洋稀有微生物研究方面取得重要进展。相关成果发表于《细胞报告》（Cell Reports）。

D14^T菌株的电子显微镜图片。研究团队供图

自然界中广泛存在一类稀有微生物，它们遍布各类环境，但丰度极低且难以人工培养。越来越多研究表明，这类微生物在维持生态系统稳定性及驱动碳、氮、硫等生物地球化学循环中具有不可忽视的作用。长期以来，学界仅能通过基因测序推测其功能，无法证实其真实生理特性和生态角色，使其成为微生物研究的一大盲区。

在国家自然科学基金等项目资助下，研究团队利用流式细胞分选结合单细胞高通量培养技术，有效规避传统培养中稀有菌株被优势菌群淘汰的问题，实现了稀有微生物的纯培养及系统性实验研究。团队从西北印度洋4213米深海的水-沉积物界面样品中分离获得一株稀有细菌，并命名为新细菌科——Metabolovariaceae（代谢多变菌科）的新属新种——Metabolovarius oceani（海洋代谢多变菌）D14^T。这一成果结束了该类群仅存在于宏基因组数据中的历史，为该类群的生理生态研究提供了珍贵的实体模式菌株。

基因组分析显示，该稀有细菌具备较少见的“全能代谢能力”。其基因组编码了完整的二氧化碳固定途径（卡尔文-本森-巴萨姆循环）、反硝化途径、硫代硫酸盐氧化途径以及聚羟基脂肪酸酯（PHA）合成途径等多条关键代谢通路，同时能利用多种有机碳源生长。全球参考基因组比对（超20万株）表明，仅0.09%的微生物基因组同时携带上述18个关键代谢标志基因。

后续生长实验、同位素示踪实验及电子显微镜观察进一步证实：该菌不仅能在好氧条件下以硫代硫酸盐为电子供体驱动二氧化碳固定实现自养生长，还能在厌氧条件下利用硫代硫酸盐进行硝酸盐还原，表现出硫驱动自养反硝化能力。此外，在富碳条件下，菌体内可形成PHA颗粒，表明其具备碳源储存与调节能力。这种多元化的代谢体系可能赋予其比普通深海微生物更强的生存韧性。

生态大数据也佐证了该菌极强的环境适应性。在全球宏基因组数据库样品溯源中，该细菌类群分布于700余个样品，覆盖从极地到热带的广阔区域，来源包括海洋（海沟至沿海生物膜）、淡水、土壤、地下水、生物膜及污水处理系统。在80%的环境样品中，其相对丰度低于0.1%；仅在3个地点（共9个样品，如活性污泥、生物膜、软体动物）中相对丰度大于1%，提示厌氧且富含氮硫的环境是其偏好栖息地。

该研究发现了一个全球分布但长期未被充分认知的α-变形菌分支，拓展了对其功能与分类多样性的认识。深海分离株D14^T充分展现了稀有微生物类群所蕴含的代谢潜力。后续针对Metabolovariaceae的生态功能、种群动态及代谢调控网络展开深入研究，将有助于更全面地认识稀有微生物在深海生境及工程系统中的功能价值。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2026.117671