Reconstructing a hydrogen-driven microbial metabolic network in Opalinus Clay rock.
Reconstructing a hydrogen-driven microbial metabolic network in Opalinus Clay rock.
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DOI：
10.1038/ncomms12770
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发表时间：
2016-10-14
影响因子：
16.6
通讯作者：
Bernier-Latmani, Rizlan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bagnoud, Alexandre;Chourey, Karuna;Hettich, Robert L.;de Bruijn, Ino;Andersson, Anders F.;Leupin, Olivier X.;Schwyn, Bernhard;Bernier-Latmani, Rizlan
Opalinus Clay地层将成为瑞士的地质核废料储存库。预计由于钢腐蚀产生氢气，气体压力将增加，危及工程屏障的完整性。在位于蒙特特里地下岩石实验室的原位实验中，我们证明了氢被微生物消耗，为微生物群落提供燃料。宏基因组分仓和元蛋白质组学分析，这深地下社区揭示了一个碳循环的自养氢氧化属于新的属。然后通过发酵罐处理坏死物质，然后通过异养硫酸盐还原菌完全氧化为二氧化碳，从而关闭循环。这种微生物代谢网络可以整合到地质处置库的设计中，以减少压力的积聚。这项研究表明，Opalinus粘土具有潜在的化能自养系统，并提供了一个模型的微生物碳循环在深层地下环境中存在的氢和硫酸盐。 氢在地质核废料储存库中的积累带来了风险，但它可以通过深层地下微生物群落的H2消耗来缓解。在这里，作者在钻孔中注入H2，并使用宏基因组学和元蛋白质组学来识别由自养H2氧化剂驱动的碳循环。
The Opalinus Clay formation will host geological nuclear waste repositories in Switzerland. It is expected that gas pressure will build-up due to hydrogen production from steel corrosion, jeopardizing the integrity of the engineered barriers. In an in situ experiment located in the Mont Terri Underground Rock Laboratory, we demonstrate that hydrogen is consumed by microorganisms, fuelling a microbial community. Metagenomic binning and metaproteomic analysis of this deep subsurface community reveals a carbon cycle driven by autotrophic hydrogen oxidizers belonging to novel genera. Necromass is then processed by fermenters, followed by complete oxidation to carbon dioxide by heterotrophic sulfate-reducing bacteria, which closes the cycle. This microbial metabolic web can be integrated in the design of geological repositories to reduce pressure build-up. This study shows that Opalinus Clay harbours the potential for chemolithoautotrophic-based system, and provides a model of microbial carbon cycle in deep subsurface environments where hydrogen and sulfate are present. Hydrogen build-up in geological nuclear waste repositories poses risks, but it may be alleviated by H2 consumption by deep subsurface microbial communities. Here, the authors inject H2 in a borehole and use metagenomics and metaproteomics to identify a carbon cycle driven by autotrophic H2 oxidizers.
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