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當前視點!硒元素可能比我們想象的更具有生物學上的重要性

時間:2022-10-12 20:38:50 來源: cnBeta.COM


這些發現發表在《自然》雜志上,作者是Chase Kayrouz、Jonathan Huang、Nicole Hauser和Mohammad SeyedsayAMDost。

硒的生物合成途徑


(資料圖)

這幅插圖顯示了將Se納入微生物小分子的生物合成途徑,這表明細菌中存在一個未開發的"化學空間",現在可以開采新型天然產品。資料來源:《自然》雜志

"這是個封閉的領域。20年來,沒有人發現硒代謝的新途徑,"Kayrouz說。"硒蛋白和硒核酸的生物合成是在80年代和90年代被闡明的。從那時起,人們就認為這些是微生物利用硒做的唯一事情。我們只是想知道它們是否會將硒納入其他小分子中?事實證明,它們確實如此。"

Seyedsayamdost說:"我們的工作表明,大自然確實已經進化出了將這種元素納入小分子、糖類和次級代謝物的途徑。硒具有顯著的特性,與生物大分子中發現的任何其他元素不同。例如,硒與硒酮的結合使其成為一種比硫磺版分子更好的抗氧化劑。但是,雖然硫在生物大分子中無處不在,但硒的出現卻要少得多,而且被認為僅限于生物聚合物。"

他繼續說:"大自然已經進化出了將硫或硒納入天然產品的特定機制,從而通過各自特有的途徑來利用這兩種元素的獨特特性。"

Chase Kayrouz,普林斯頓化學學院Seyedsayamdost實驗室的四年級研究生,本周發表的《自然》論文的第一作者。

尋找硒

研究人員在開始調查時假設,由于硒原子在其他地方的廣泛使用,它們應該出現在天然產品中。他們想知道這樣的特征在微生物基因組中可能是什么樣子的。

"如何真正看到一種新的藥物或天然產品或硒代謝物在哪里,如何找到它?"Kayrouz說。"我們通常尋找生物合成基因簇--染色體上編碼這種分子的生物合成的基因組。因此,如果我們有一條制造含硒化合物的途徑,它必須由基因編碼。"

他們實施了一個基因組挖掘策略,尋找在selD旁邊發現的基因,selD編碼了細胞內所有已知硒過程的第一步。

很快,他們發現了一個與selD共同定位的基因--senB--引起了他們的注意,特別是因為它之前沒有被牽涉到硒代謝中。

進一步檢查發現了第三個共同定位的基因,稱為SenA。Kayrouz推測,這三個基因可能參與了一個新的硒生物合成途徑。

"首先,我們定義了納入硒的生物合成基因簇會是什么樣子,"Seyedsayamdost說。"然后我們使用生物信息學來尋找這樣的基因,并在不同的微生物基因組中確定了我們現在所說的'sen集群'"。他們能夠在大腸桿菌中表達這些新基因中的每一個,從而在試管中組裝出整個途徑。這揭示了兩種含硒小分子的產生--一種硒糖和一種叫做硒酮的分子。它還揭示了兩種形成碳-硒鍵的酶,這是第一個作用于生物小分子的此類酶。

Kayrouz說:"微生物將硒放入這些化合物是有原因的,所以一定有一些有趣的生物活性與它們相關。"我們還不知道那是什么,但這是非常令人興奮的。作為生物化學家,像這樣的發現是我們每天醒來的目的。"


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