解码黑暗代谢:合成生物学揭露无氧生命的秘密

　　从过往一直被忽视的微生物——厌氧菌中开发新的活性化合物，将释放厌氧菌巨大的、尚未开发的生物合成潜力。

　　

厌氧菌，早在依赖氧气的生命形式之前就在无氧环境中茁壮成长，对人类健康和生态系统都至关重要，影响从肠道健康到疾病的一切。由Christian Hertweck领导的AnoxyGen项目旨在探索这些细菌未开发的生物合成潜力，以发现新的化合物，改善医学、生态和生物技术的理解和应用。

早在光合作用给地球带来自由氧气之前，地球上就有无数的生物。由于氧气对它们有毒，它们的代谢途径与依赖氧气的生命形式(如人类、动物和植物)完全不同。厌氧细菌在特殊的无氧环境中存活了很长时间，其中一些与我们非常接近：作为肠道微生物群的重要组成部分，它们对生物体的健康至关重要。某些厌氧菌也会引发危及生命的疾病，如破伤风或肉毒杆菌中毒。因此，这些细菌对地球上的生活质量有相当大的影响，在环境中占有关键地位。它们特殊的新陈代谢也使它们成为生物技术中抢手的工具。

通过无氧项目释放厌氧潜能

Christian Hertweck的“AnoxyGen”项目旨在释放厌氧菌巨大的、尚未开发的生物合成潜力。尽管它们的基因组编码能力可以形成新的化合物，但这些生物合成基因中的大多数在实验室中是不活跃的，因此到目前为止，这些产品仍未被发现。Hertweck和他的团队现在想要改变这一点。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。该项目包括几个领域的工作，其中一个强大的表达系统被用来识别和修饰新的活性化合物。这也将使该团队能够生产和研究致病性厌氧菌的毒素和毒力因子，而无需培养大量的病原体本身。

对无氧项目的认识与展望

“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‘无氧’能带来巨大的好处，尤其是在医学上，但也在生态学和生物技术上，”Hertweck解释说。“对厌氧菌的研究尚不充分，但它们的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。”

Hertweck已经获得了Gottfried Wilhelm Leibniz奖和Ernst Jung医学奖，因为他在从被忽视的微生物中发现新的活性化合物方面的伟大科学创造力，也通过这个项目加强了研究微生物群落形成和平衡的微观宇宙卓越集群的平衡。到目前为止，厌氧细菌在那里扮演着次要的角色，部分原因是它们在方法上难以接近。研究人员现在想要缩小这一差距。

Christian Hertweck领导的团队在细菌感染马铃薯块茎中发现了Clostrubins。Clostrubins具有类抗生素作用，当细菌感染马铃薯块茎并将其作为食物来源时，它可以保护细菌免受氧气的侵害。Christian Hertweck和他的团队在纤维素降解厌氧细菌中发现了clothioamide，这是这类生物中第一个二级天然化合物。

ERC高级资助是欧盟最负盛名的资助之一，旨在表彰顶尖研究人员的卓越和创新。Christian Hertweck的“AnoxyGen”项目被选中是因为它在扩大我们对微生物生物合成的理解和开发新的生物技术应用方面有着巨大的前景。在充足的资金支持下，研究人员和他的跨学科团队将在未来五年内解决这一问题。