厌氧菌是地球上最早的生命形式之一，在大气中没有氧气的时候就已经存在。尽管许多生物依赖富氧环境生存，但厌氧菌却能在完全无氧的环境中茁壮成长，如人类肠道或海底。这些细菌的酶甚至对氧气敏感。它们非凡的适应能力正日益引起研究人员的关注。
厌氧菌常产生不寻常的物质，这使它们在研究和生物技术领域尤其引人注目，例如用于抗生素或生物燃料的生产。它们通过分解有机物（如纤维素）并释放营养物质回生态系统，在自然养分循环中也扮演着不可或缺的角色。
一种具有关键作用的信号物质
Clostridium thermocellum 是一种在纤维素（植物细胞壁的主要成分）降解方面最为知名的厌氧微生物。它将纤维素转化为糖，然后可用于生产如乙醇等生物燃料。
由该细菌产生的显眼黄色色素（YAS——黄色亲和物质）在此过程中发挥了关键作用。YAS优先附着在纤维素纤维上，据推测它有助于将降解酶精确地引导到纤维素存在的位置。
细菌色素的结构分析
莱布尼茨天然产物研究与感染生物学研究所（Leibniz-HKI）和耶拿马克斯·普朗克化学生态学研究所的研究人员现在首次成功阐明了YAS的分子组成。
比较以滤纸作为纤维素来源的两种Clostridium thermocellum培养物显示了色素YAS对该细菌纤维素降解的影响。左侧的滤纸在血清中完全降解，而右侧的滤纸由于未接触YAS而大部分保持完整。
研究结果发表在《应用化学国际版》期刊上。
科学家们发现，YAS由多个成分组成，即所谓的celluxanthenes，并使用光谱分析（NMR、MS）和同位素标记实验确定了它们的分子结构。此外，他们通过定向基因操作识别了负责的生物合成基因簇。
具有医疗潜力的色素？
令人惊讶的是，这些色素对某些微生物产生了效果。Celluxanthenes对革兰氏阳性菌（包括临床上相关的耐药病原体）具有温和的抗菌活性。了解生物合成的遗传基础也为未来生产或修改celluxanthenes提供了可能性。
第一作者石田敬史（Keishi Ishida）和Jana Krabbe看到了可喜的结果：“尽管这种黄色色素几乎一个世纪前就被知晓，但其结构一直是个谜。我们现在可以开始研究可能的生态功能，包括通过抗菌活性来保护食物来源（纤维素）免受竞争者侵害。”
密封血清瓶内含Clostridium thermocellum，它以滤纸作为碳源生长。黄色亲和物质YAS与纤维素结合。滤纸在生长过程中被消耗。
迈向可持续发展的一步
Celluxanthenes的发现和表征填补了我们对微生物代谢理解与能源领域的实际应用之间的空白——或许还可能在未来医学研究中有所贡献。这些发现也可能有助于优化植物生物质的利用。
这项研究是“AnoxyGen”项目的一部分，Christian Hertweck参与其中。Hertweck是Leibniz-HKI的部门负责人，也是耶拿弗里德里希·席勒大学的教授。
“AnoxyGen旨在解锁厌氧菌隐藏的潜力，以生产新的具有生物活性的天然产物，”Hertweck解释道。“这些微生物中的许多在其基因组中携带着生产有价值化合物的基因，但在标准实验室条件下这些通常处于休眠状态。”
团队正在开发新的分子生物学方法以激活这些隐藏的生物合成途径——这些方法以前主要适用于需氧（依赖氧气）微生物。
目标是发现和利用以前未知的具有医疗或生物技术价值的天然物质。AnoxyGen结合现代合成生物学与活性物质的发现，可能为药物研发开辟新的可能性。
AnoxyGen项目还贡献于卓越集群“微生物宇宙的平衡”，该项目研究微生物群落内的复杂信号和通讯机制，这些机制支配着地球上的生命。
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