科学家在温泉细菌中发现天然防晒成分

蓝藻是能进行光合作用并产生氧气的细菌，以在恶劣环境中生存的能力而闻名。为应对极端压力，它们会生成多种化合物，其中包括类菌胞素氨基酸（MAAs）——这是一类小型水溶性分子，能吸收紫外线（UV）。MAAs有助于保护细胞免受阳光损伤，并通过中和压力诱导产生的活性氧（ROS）发挥抗氧化作用。尽管这些分子具有基本的结构框架，但其结构变化会带来不同的生物活性和功能。

随着人们对紫外线暴露和皮肤癌发病率上升的担忧加剧，科学家们正在寻找能提供有效防晒且更安全的化合物。传统化学防晒霜虽能阻挡紫外线，但也与过敏反应及其他不良副作用相关。MAAs因其生物相容性和对人体的安全性而备受关注，这些特性使其成为可持续生物技术和大规模生产天然防晒替代品的潜在候选物。

在一项新研究中，由明治大学的景山地人（Hakuto Kageyama）教授和朱拉隆功大学的Rungaroon Waditee-Sirisattha教授领导的研究团队，从泰国温泉中的嗜热蓝藻中发现了一种新型MAAs。除了发现新分子外，该研究还揭示了这些生物如何适应极端环境。景山地人教授在描述研究动机时表示：“了解极端环境蓝藻的应激响应生物合成机制，可能会加速天然色素和抗氧化剂生产的工业生物技术发展。”该研究于2025年12月1日在线发表，随后于2025年12月20日发表在《Science of The Total Environment》第1009卷。

研究团队从泰国叻武里府的Bo Khlueng温泉中分离出8株耐热蓝藻。在实验室实验中，一种名为粘球藻属BRSZ（Gloeocapsa species BRSZ）的菌株在暴露于UV-A和UV-B光时，产生了一种此前未知的紫外线吸收化合物。该化合物被鉴定为β-葡萄糖结合的羟基类菌胞素-肌氨酸（GlcHMS326），随后对其结构和功能进行了详细研究。GlcHMS326的显著特点是经历了三种不同的化学修饰：糖基化、羟基化和甲基化。这些修饰在蓝藻产生的MAAs中此前未见报道。遗传分析显示，产生这种化合物的蓝藻含有一组与这些化学变化相关的独特基因。

当蓝藻暴露于UV-A、UV-B和高盐环境时，GlcHMS326的产量会显著增加。尽管这些生物源自温泉，但这种特定化合物并非由热应激触发。GlcHMS326中的化学修饰使其结构独特且性能增强。甲基化已知能提高MAA化合物的稳定性、紫外线吸收能力和抗氧化活性；糖基化被认为进一步增强稳定性、光保护和抗氧化防御能力。与更常见的MAAs相比，GlcHMS326表现出更强的自由基清除活性，表明其修饰结构在提升抗氧化潜力方面发挥关键作用。

该研究为极端环境中的蓝藻如何进化出专门的代谢途径以产生有效的天然紫外线防护化合物提供了新见解。这种独特的MAAs似乎在帮助粘球藻属耐受环境压力方面发挥重要作用，并且可能在这些嗜热蓝藻中具有多种功能。Waditee-Sirisattha教授强调了该研究的更广泛重要性，她表示：“蓝藻在微生物世界中被认为是独特的。我们最近的研究强调，极端环境蓝藻不仅具有生态重要性，也是多学科研究的关键领域。”

这种新发现的化合物因其多功能性和利用蓝藻“生物工厂”进行可持续大规模生产的潜力而引人注目。它有望作为某些引发环境问题的合成紫外线过滤剂的替代品，助力开发更环保的防晒霜。其抗氧化特性还表明它可能用于抗衰老产品、护肤配方和药物中。景山地人教授总结道：“这一发现提醒我们，大自然仍蕴藏着许多化学惊喜。极端环境蓝藻揭示的特殊分子，能为基础科学和可持续生物技术开辟新方向。”

关于明治大学的景山地人教授：景山地人博士是日本明治大学环境与人类科学研究生院的教授。他于2006年在名古屋大学研究生院获得博士学位，研究蓝藻的生物钟。其研究重点是蓝藻衍生化合物及其生物技术应用，已发表70篇研究论文，撰写或合著5本书籍，并于2021年获得高丝化妆品研究基金会颁发的高丝化妆品学奖。

关于朱拉隆功大学的Rungaroon Waditee-Sirisattha教授：Rungaroon Waditee-Sirisattha博士是泰国朱拉隆功大学理学院微生物学系的教授。她于2001年在朱拉隆功大学获得博士学位，随后在日本学术振兴会完成博士后研究。其研究重点是极端微生物如何适应恶劣环境、这些生物产生的新化合物的发现以及用于生物技术应用的代谢工程，已发表100篇研究论文。

本研究得到泰国科学研究与创新基金朱拉隆功大学项目（FOOD_FF_68_121_2300_022，授予Rungaroon Waditee-Sirisattha）、新加坡教育部MOE-T2EP30123-0007项目（授予Rungaroon Waditee-Sirisattha和Stephen B. Pointing）、日比科学基金会研究基金（授予景山地人）、日本学术振兴会KAKENHI基金24K08623（授予景山地人）以及朱拉隆功大学第二世纪基金（C2F）博士后奖学金（授予Sasiprapa Samsri）的支持。