氢气医学效应机制是极其重要的研究内容，但一直没有取得突破性进展。研究氢气效应机制有一种可能途径，就是对氢气微生物效应进行深入研究，因为氢气在微生物中的作用更为明确，且存在代谢氢气的明确途径。对氢气微生物效应机制的分析能给氢气在高等生物效应研究中提供重要参考，甚至能找到真正的效应基础。

深海热液喷口处的许多嗜热自养菌为厌氧菌，其生长需要氢气（H₂）。然而，目前对于非产甲烷型嗜热氢营养菌如何适应低氢气环境的认知仍处于初步阶段。本研究以嗜热自养型硫代硫酸盐还原菌——热石营养脱硫杆菌（*Desulfurobacterium thermolithotrophum*）HR11为研究对象，在恒化器中于72°C条件下，分别以2 μM和43 μM的水溶液氢气浓度培养该菌株，以量化其生长速率、硫化氢（H₂S）产率动力学变化，以及蛋白质组对氢气可利用性的响应。

在2 μM氢气浓度条件下，培养体系的比生长速率、最大细胞浓度及硫化氢产量均下降，但细胞产率（每摩尔硫化氢对应的细胞生成量）未发生改变。差异蛋白质组分析显示，在检测到的887种蛋白质中，2 μM氢气条件下有79种蛋白质的丰度显著升高（倍数变化＞2，校正后p值＜0.01），66种蛋白质的丰度显著降低（倍数变化＞2，校正后p值＜0.01）。其中，在2 μM氢气培养的细胞中，膜结合型铁氧还蛋白依赖的[镍铁]（[NiFe]）氢化酶，以及胞质中NAD(P)⁺依赖的[NiFe]氢化酶丰度升高。此外，2 μM氢气条件下，膜结合型甲基萘醌依赖的[NiFe]氢化酶丰度增加——该酶可能通过产生质子动力势驱动ATP合成；而膜结合型甲基萘醌依赖的[铁铁]（[FeFe]）氢化酶与膜结合型NADH脱氢酶丰度则下降。用于二氧化碳（CO₂）固定的4种还原性三羧酸循环酶，在2 μM氢气条件下丰度同样更高。这些数据表明，氢化酶与CO₂固定酶的丰度受氢气可利用性调控，且支持以下观点：在低氢气环境中，该菌株的电子流向发生偏移，更倾向于CO₂的还原与同化。

研究意义

了解热石营养脱硫杆菌这类嗜热自养型硫还原菌如何适应不同氢气浓度，对于理解能量受限的海底热液环境中微生物的竞争与生存策略至关重要。本研究发现，热石营养脱硫杆菌在低氢气条件下会发生代谢适应性变化——当氢气受限（且该环境中通常还存在产甲烷菌等其他嗜热氢营养菌）时，这种代谢适应可能使其在热液喷口生态系统中具备竞争生长优势。此外，本研究还揭示了不同类型氢化酶之间的动态关联，以及它们如何与CO₂固定等其他关键代谢途径相互协调。

Kubik BC, Holden JF. Key role of hydrogen in regulating hydrogenases and the reductive TCA cycle in a thermophilic, autotrophic sulfur-reducing bacterium. Appl Environ Microbiol. 2025 Nov 11:e0147825.