教科书上说，有些细菌如甲烷古菌能通过酶作用产生甲烷。现在的一项研究提供了证据，证明存在一种非酶促甲烷生产替代模式，这种甲烷生成模式可以发生在所有类型的细胞。如果甲烷这种温室气体是一切细胞的代谢产物。生物是温室气体排放的主力，不仅排放二氧化碳，而且排放甲烷。

甲烷主要是由一种叫做产甲烷古菌的微生物在严格的无氧(缺氧)条件下通过酶的方式产生的。在过去的十年中，一些需氧生物，包括某些植物和真菌，也能产生甲烷。然而，作为这种甲烷生产方式的基础机制还不清楚。

恩斯特等人在《自然》发表的论文，揭示了一种由活性氧(ROS)驱动的甲烷生产过程，该过程可能发生在所有生物体内，无论它们是否存在于缺氧环境中。

这个过程不依赖特定的酶，只需要活性氧、游离铁和合适的甲基。

2014年，该研究小组描述了一个三步法，通过这个方法，可在实验室非生物系统中不需要酶制造甲烷(CH4)。这个过程需要三个主要因素:过氧化氢(H2O2)、自由铁、及合适的甲基化合物。

1、Fenton反应是过氧化氢和还原铁(Fe2+)之间的反应，产生一种高度活性的活性氧羟基自由基(OH)，以及其他副产物。

2、•OH与甲基供体之间的相互作用产生甲基自由基(•CH3)。

3，•CH3与氢自由基（氢原子）反应生成甲烷。

（从这个产生甲烷的过程我们可以看出氢气也能产生的联想，氢原子能给甲烷自由基反应产生甲烷，氢原子当然也应该可以和自己结合成为氢气，且这种过程不需要前面的甲基自由基的准备工作。研究氢气制造的科学工作非常多，细菌合成甲烷同样可以合成氢气，且甲烷合成正是利用氢气，那么氢气的非酶合成过程应该更为方便。我们中学化学实验只需要用还原性金属和氢离子反应就可以）

恩斯特等推论，这种非酶促甲烷的产生过程也可能发生在活细胞中(图1)。

为了证明这一假设，之前报告的实验室反应发生在自然环境条件下，就像在细胞中发现的那样。此外，细胞在正常代谢过程中能不断产生和释放活性氧(包括过氧化氢)、多种甲基化合物和游离铁离子。

作者首先在枯草芽孢杆菌中验证了他们的理论，枯草芽孢杆菌可在休眠(代谢不活跃)和营养(代谢活跃)两个阶段中循环。故选枯草芽孢杆菌代谢活跃的状态。

在含有甲基供体二甲基亚砜(DMSO)的培养基上的枯草芽孢。他们发现代谢活跃的枯草细胞自发地不断地产生甲烷。相比在休眠细胞中不会产生甲烷。恩斯特和同事们发现，不同细胞可利用DMSO或游离铁的水平可以调节代谢活跃的枯草芽孢杆菌的甲烷生产。

甲烷生成的增加也可能是由于氧化应激的诱导，在许多生理和病理条件下，当细胞无法维持正常的氧化还原平衡时，会产生过量ROS。

总之，该小组的数据表明，非酶促甲烷生成的关键前提是活跃的新陈代谢，而这一过程发生在所有生物体内。作者进一步证明了ROS驱动的甲烷生产的普遍性，证明了这一过程也发生在真菌、植物和人类细胞中。利用活性氧生成甲烷可看作是一个自动化制造过程，其中活性氧、游离铁和甲基化合物是主要材料，甲烷是产品。

活性氧是由许多中枢代谢过程产生的，是正常细胞功能的主要信号分子。也许，在高代谢活性的环境下，甲烷生成是细胞降解ROS的一种方式。这非常类似肠道内为消除大量氢气和二氧化碳而合成甲烷的过程，能将大量（75%）压缩气体总量，减少肠道内气压。

在多种病理环境下，潜在有毒的ROS长期积累可能会损害DNA、RNA、蛋白质和脂质等关键分子。

这种生物成因的非酶促甲烷生产框架为医学、地球科学甚至天体生物学等广泛领域的进一步研究开辟了道路。

例如作者的工作可能会对我们理解细胞功能产生重大影响。细胞中过量的甲烷或扩散到整个组织可能表明细胞应激、氧化还原失衡或细胞铁过剩。

研究表明，在细胞氧化还原适应和调节过程中甲烷属于核心信号分子。下一步关键是分析甲烷水平如何波动以及何时波动，以及在健康和疾病中，甲烷分子是如何在细胞和组织中分布的。

另一个诱人的问题是，是否存在尚未发现的甲烷分子传感器和换能器，它们能对细胞内甲烷水平做出反应，从而恢复细胞ROS或铁的水平。（能感受气体分压的模式在细胞内并不少见，如氧气的感受系统和一氧化氮的信号调节作用。如果甲烷产生存在广泛性，甲烷产生的生物学效应存在重要性，细胞感受和调节甲烷就存在必要性）

这些分子可能进入哪些已知或未知的途径?研究人员现在已经掌握了在生命的所有领域，在体外和体内生成甲烷的方法。现在应该建立进一步的一系列甲烷研究程序，包括检测ros驱动的甲烷和在细胞和组织中使用甲烷的途径。

这反过来又可以成为未来工作的另一个激动人心的角度:医学研究。

也许ROS驱动的甲烷生成可以作为ROS水平的标志，就是说甲烷是一种氧化应激标志。而通过呼吸分析甲烷水平，过去是分析肠道菌群的一种方法，未来可作为一种身体氧化应激水平的诊断技术。

之前对狗的一项研究发现，通过气体吸入释放的甲烷可以通过减少氧化应激和炎症，减少缺血-再灌注损伤(缺氧后含氧血液重新进入组织时造成的损伤)。

这是一个令人鼓舞的迹象，表明了解ros驱动的甲烷生物学的潜在价值。

除了生物研究之外，考虑到甲烷是一种温室气体，所有生物都在不断产生甲烷的想法将引起地球和气候科学家的兴趣，尽管ros驱动的甲烷是否对全球甲烷排放总量有实质性贡献将是一个挑战。

在我们能够完全理解恩斯特的研究价值和含义之前，还有很多工作要做。

该评述作者是西安交通大学张靖垚（zhangjingyao）。

科学网—甲烷：新的生物活性气体 - 孙学军的博文 (sciencenet.cn)

Methane might be made by all living organisms

Ernst, L. , Steinfeld, B. , Barayeu, U.  et al.  Methane formation driven by reactive oxygen species across all living organisms. Nature (2022).  https://doi. org/10. 1038/s41586-022-04511-9