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【Nature】化学家首次揭示了含硒小分子微生物的生物合成途径

项目时间: 2022-09-11
浏览次数: 486

【Nature】化学家首次揭示了含硒小分子微生物的生物合成途径

硒(Se)是一种天然的非金属元素,主要存在于硒蛋白和硒酸生物聚合物中。由于硒具有营养学和毒理学作用,因此在医学和生物学领域受到了广泛关注。硒对于细胞功能和几种具有抗氧化特性的硒蛋白合成是必需的,这些蛋白对包括人类在内的哺乳动物生命至关重要。

虽然硒这么重要,但目前已知仅有两种将硒引入蛋白质和核酸的途径,即通过硒代半胱氨酸和2-硒尿苷。20多年来,这一领域没有任何研究进展,如何将硒特异性地引入小分子的途径还没有人知道。

在一项新的研究中,来自美国普林斯顿大学的研究人员发现了将硒整合到微生物小分子中的生物合成途径,这标志着首次在天然产物中发现了这种原子,为硒生物学开辟了一条新途径。这一发现也有力地表明,硒是所有生命王国的重要微量元素,它在细菌中的生物功能可能比科学家最初假设的更重要。相关研究成果于2022年9月7日在线发表在《自然》杂志上,题目为“微生物中含硒小分子的生物合成”。这篇论文的作者是普林斯顿大学化学教授Mohammad Seyedsayamdost博士。

【Nature】化学家首次揭示了含硒小分子微生物的生物合成途径

图中显示了将硒整入到微生物小分子中的生物合成途径,图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05174-2。

论文第一作者、Seyedsayamdost实验室研究生蔡斯凯鲁兹(Chase Kayrouz)说,“这是一个封闭的领域。在过去的20年里,没有人找到新的代谢硒的方法。20世纪80年代和90年代阐明了硒核酸硒蛋白的生物合成。从那时起,人们认为这些是微生物对硒的唯一作用。我们只是想知道他们会不会把硒纳入其他小分子中?结果,他们做到了。”

Seyedsayamdost表示,他们的“研究表明,大自然确实已经进化出了将这种元素整合到小分子、糖和次生代谢物中的方法。硒具有显著的特性,不同于生物大分子中发现的任何其他元素。例如,含硒的抗氧化剂硒代氨酸比这种分子的硫代形式成为更好的抗氧化剂。然而,虽然硫在生物大分子中普遍存在,但硒的出现却罕见得多,被认为仅限于生物大分子”。

Seyedsayamdost说,“自然界进化出了一种特定的机制,将硫或硒整合到天然产物中,从而通过各自独特的方式利用这两种元素的独特特性。”

Kayrouz说,“微生物将硒整合到这些化合物中是有原因的,因此肯定有一些有趣的生物活性与之相关。我们还不知道它是什么,但它非常令人兴奋。作为生物化学家,这个发现是我们每天醒来的原因。”

总之,这项新研究阐明了两种新的硒-碳(Se-C)键形成酶和硒糖生成的生物合成途径,扩大了生物硒利用的范围,表明硒代谢比以前认为的更为多样化,并为发现其他含硒的天然产物奠定了基础。

【Nature】化学家首次揭示了含硒小分子微生物的生物合成途径

论文摘要部分:

硒是多种生物必需的微量元素。已知有两种途径可将其插入蛋白质和核酸,分别是通过硒半胱氨酸和2-硒尿啶。然而,尽管硒的重要性,具体结合到小分子的途径仍然是未知的。在这里,我们使用基因组挖掘策略,在各种微生物中发现了一个广泛的三基因集群,编码产生硒氨酸的专用途径,硒氨酸是多功能分子麦角硫氨酸的硒类似物。我们阐明了所有三种蛋白质的反应,并发现了两种新的硒碳键形成酶和生产硒糖的生物合成途径,这是一个意想不到的中间产物到最终产品。我们的发现扩大了生物硒利用的范围,表明硒代谢组比以前认为的更多样化,并为发现其他含硒天然产物奠定了基础。

 

(消息来源:中国医药网)

参考资料:

1. Chase M. Kayrouz et al. Biosynthesis of selenium-containing small molecules in perse microorganisms. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05174-2.

2.化学家揭示硒嵌入天然产物的第一条途径

https://phys. org/news/2022-09-chemists-reveal-pathway-selenium-insert . html


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