新陈代谢合成生物学研究揭示厌氧生命的秘密

厌氧菌在特殊的无氧环境中历经沧桑，其中一些离我们很近：它们是肠道微生物群的重要组成部分，对生物体的健康具有重要意义。然而，某些厌氧菌也会引发危及生命的疾病，如破伤风或肉毒中毒。因此，这些细菌对地球上的生活质量有着相当大的影响，并在环境中占据着重要地位。它们特殊的新陈代谢方式也使其成为生物技术中炙手可热的工具。

纤维素分解瘤的扫描电子显微照片。Christian Hertweck 和他的团队在这种纤维素降解厌氧菌中发现了氯硫酰胺--这是这类生物中的第一种次生天然化合物。图片来源：S. Nietzsche/EMZ Jena

克里斯蒂安-赫特韦克（Christian Hertweck）的"AnoxyGen"项目旨在发掘厌氧菌巨大的、此前尚未开发的生物合成潜力。尽管厌氧菌的基因组编码具有形成新型化合物的能力，但这些生物合成基因大多在实验室中处于非活性状态，因此其产物至今仍未被发现。

赫特韦克和他的团队现在希望改变这种状况。利用新开发的分子和合成生物学工具，研究人员希望解码和利用这些细菌的未知代谢途径。该项目包括多个工作领域，其中一个强大的表达系统用于识别和改造新的活性化合物。这也将使研究小组能够生产和研究病原性厌氧菌的毒素和毒力因子，而无需大量培养病原体本身。

马铃薯切片上的厌氧梭菌（Clostridium puniceum）的扫描电子显微照片。梭菌毒素是克里斯蒂安-赫特韦克（Christian Hertweck）领导的研究小组在这一模型系统上发现的。梭菌毒素具有抗生素作用，当细菌感染马铃薯块茎并将其作为食物来源时，它能保护细菌免受氧气的侵害。图片来源：Gulimila Shabuer / Leibniz-HKI and EMZ Jena

"通过这个项目，我们希望为科学界提供新的方法和工具。我们希望'AnoxyGen'能带来巨大的益处，尤其是在医学方面，同时也能在生态学和生物技术方面，"Hertweck 解释说。"厌氧细菌的研究仍然不足，但它们的新陈代谢过程为发现新的活性化合物提供了巨大的潜力。我们还可以对它们作为病原体的作用有新的认识"。

莱布尼茨-哈基研究院（Leibniz-HKI）生物分子化学系主任、耶拿弗里德里希-席勒大学（Friedrich Schiller University Jena）天然产品化学教授克里斯蒂安-赫特韦克（Christian Hertweck）博士和教授获得了欧洲研究理事会（European Research Council）颁发的一项著名的ERC高级研究基金（ERC Advanced Grants）。图片来源：Anna Schroll/Leibniz-HKI

Hertweck 因其在从被忽视的微生物中发现新的活性化合物方面的巨大科学创造力，已经获得了戈特弗里德-威廉-莱布尼茨奖和恩斯特-荣格医学奖。迄今为止，厌氧菌在其中一直处于从属地位，部分原因是很难从方法学角度对其进行研究。现在，研究人员希望缩小这一差距。

来自 Christian Hertwecks 团队的汉娜-比特纳（Hannah Büttner）正在一个所谓的厌氧箱中，在受保护的环境下对氧敏感的梭状芽孢杆菌进行实验。图片来源：Anna Schroll/Leibniz-HKI

欧洲研究理事会高级基金是欧盟最负盛名的基金之一，旨在表彰顶尖研究人员的卓越成就和创新精神。Christian Hertweck 的"AnoxyGen"项目之所以能够入选，是因为该项目在扩大我们对微生物生物合成的了解和开发新的生物技术应用方面具有广阔的前景。有了充足的资金，这位研究员和他的跨学科团队将在未来五年内攻克这一课题。

编译自/ScitechDaily