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研究人員描述了細菌用于合成天然產物的新型生化策略

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-10-24瀏覽次數:836

微生物是生物分子世界的廚師;通常,它們具有產生大量未知物質的能力,其中一些物質可能具有治療或其他有用的特性。在尋找有用的產品時,伊利諾伊州化學家團隊發現了一種新的微生物配方。

“這些酶正在做的反應是令人難以置信的.當我們第一次看到它們時,我們正在摸不著頭腦,”霍華德休斯醫學研究所(HHMI)Wilfred van der Donk說,他領導了這項研究。 “那么我們必須努力證明我們認為酶正在做反應確實完成了。”

理查德E赫克特(Richard E. Heckert)的資源化學主席范德多克(Van der Donk)和他在伊利諾伊州的同事與加州大學洛杉磯分校的HHMI研究人員和生物化學與生理學教授Tamir Gonen的實驗室合作,確認他們的研究結果,本周發表。在期刊科學。這項工作得到了HHMI和國立衛生研究院的支持。

第一作者Chi Ting和van der Donk是Carl R. Woese基因組學生物學研究小組的成員,該小組的目的是通過探索基因組來發現新的天然產物 - 微生物產生的潛在有用物質。基因組挖掘。

“基因組采礦允許你開始尋找你甚至不知道它們是什么的化合物,”van der Donk說。 “[我們的團隊]中的許多實驗室正在嘗試通過基因組挖掘尋找新的抗生素.你尋找一些不尋常的東西,我們不知道正在制造什么,然后你試著讓這種化合物在生物體內友好生長。“

細胞使用一種叫做氨基酸的特殊化學物質來制造蛋白質,這是生物的主要結構和內部機器。蛋白質是20種不同類型氨基酸的長鏈;肽是一條較短的鏈。一些類型的微生物天然產物由用售后市場的化學成分裝飾的小肽形成。

蛋白質和大多數肽是由核糖體組裝而成的,核糖體就像面包店中的糕點廚師。核糖體可根據基因編寫的配方將任何氨基酸序列連接在一起;核糖體是有效和多功能的。其他基于肽的天然產品由專門的酶組成,如家庭烘焙師,用心臟學習最喜歡的食譜 - 這些酶不遵循模板,但一遍又一遍地創建相同類型的鏈接和修改產品。

“在天然產物的生物合成中,這兩種途徑都被用來制造天然產品,”van der Donk說。 “現在,我們偶然發現了具有兩種特征的東西。”

當他們研究植物感染的細菌Pseudomonas syringae中發現的一組基因時,研究人員發現了他們意想不到的發現。他們發現,他們的基因簇包含了保存由核糖體制成的肽的信息,而另一個則編碼了為肽鏈添加另一個氨基酸的酶。糕點廚師正在組裝面團制作面包,但將其交給家庭面包師完成準備。

“回想起來,這只是一種非常聰明的做事方式,”van der Donk說。 “為現有的肽提供一種酶就意味著.你可以將它用作支架,一次又一次地制造天然產品。”

他們在假單胞菌中發現的合成方法的類型以這種方式起作用,因為一旦將新的氨基酸添加到肽中,它就會在一系列步驟中被修飾然后被破壞,從而允許產生原始核糖體。肽返回初始步驟。通過這種方式,它有點像酸面團的開始。只要它保持活動狀態,就不需要從頭開始重新創建每批后續面包。

為了充分描述他們的天然產物及其合成,van der Donk的團隊希望更好地了解其結構。然而,已經證明該分子太不穩定而不能使用常規技術。研究人員向Gonen伸出援助之手,Gonen的實驗室最近使用了一種尖端的方法 - 使用顯微鏡對純化的材料進行閃蒸純化以結晶 - 以確定小分子的結構。

“一旦你制造了一種天然產品,現在你需要弄清楚它是什么.我們的合作者想要證明這種方法對于一種未知的天然來源分子的實用性,”van der Donk說。 “對于這兩個實驗室來說,這確實是一個雙贏的局面。我認為整個自然產品社區可能都想開始使用這種技術。”

現在van der Donk和他的團隊意識到這種替代合成途徑的存在,他們已經發現了其他類似機制的例子,包括產生抗腫瘤化合物的土壤微生物。除了擴大識別產生有前景的天然產物的基因簇的能力外,研究人員還興奮地尋找新的方法來使用它們。

“我們也很興奮在合成生物學中使用它,”van der Donk說。 “由于管理費用,制造天然產品所需的資源量非常低。你制造這種肽,一些酶,然后推出一種抗腫瘤化合物.現在有很多抗癌活性的工程菌興趣,這是一種相對低調的水果,有機體為你制造分子。 “

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