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研究人员描述了细菌用于合成天然产物的新型生化策略

文章作者:优博时时彩平台开户发布时间:2019-10-24浏览次数:836

微生物是生物分子世界的厨师;通常,它们具有产生大量未知物质的能力,其中一些物质可能具有治疗或其他有用的特性。在寻找有用的产品时,伊利诺伊州化学家团队发现了一种新的微生物配方。

“这些酶正在做的反应是令人难以置信的.当我们第一次看到它们时,我们正在摸不着头脑,”霍华德休斯医学研究所(HHMI)Wilfred van der Donk说,他领导了这项研究。 “那么我们必须努力证明我们认为酶正在做反应确实完成了。”

理查德E赫克特(Richard E. Heckert)的资源化学主席范德多克(Van der Donk)和他在伊利诺伊州的同事与加州大学洛杉矶分校的HHMI研究人员和生物化学与生理学教授Tamir Gonen的实验室合作,确认他们的研究结果,本周发表。在期刊科学。这项工作得到了HHMI和国立卫生研究院的支持。

第一作者Chi Ting和van der Donk是Carl R. Woese基因组学生物学研究小组的成员,该小组的目的是通过探索基因组来发现新的天然产物 - 微生物产生的潜在有用物质。基因组挖掘。

“基因组采矿允许你开始寻找你甚至不知道它们是什么的化合物,”van der Donk说。 “[我们的团队]中的许多实验室正在尝试通过基因组挖掘寻找新的抗生素.你寻找一些不寻常的东西,我们不知道正在制造什么,然后你试着让这种化合物在生物体内友好生长。“

细胞使用一种叫做氨基酸的特殊化学物质来制造蛋白质,这是生物的主要结构和内部机器。蛋白质是20种不同类型氨基酸的长链;肽是一条较短的链。一些类型的微生物天然产物由用售后市场的化学成分装饰的小肽形成。

蛋白质和大多数肽是由核糖体组装而成的,核糖体就像面包店中的糕点厨师。核糖体可根据基因编写的配方将任何氨基酸序列连接在一起;核糖体是有效和多功能的。其他基于肽的天然产品由专门的酶组成,如家庭烘焙师,用心脏学习最喜欢的食谱 - 这些酶不遵循模板,但一遍又一遍地创建相同类型的链接和修改产品。

“在天然产物的生物合成中,这两种途径都被用来制造天然产品,”van der Donk说。 “现在,我们偶然发现了具有两种特征的东西。”

当他们研究植物感染的细菌Pseudomonas syringae中发现的一组基因时,研究人员发现了他们意想不到的发现。他们发现,他们的基因簇包含了保存由核糖体制成的肽的信息,而另一个则编码了为肽链添加另一个氨基酸的酶。糕点厨师正在组装面团制作面包,但将其交给家庭面包师完成准备。

“回想起来,这只是一种非常聪明的做事方式,”van der Donk说。 “为现有的肽提供一种酶就意味着.你可以将它用作支架,一次又一次地制造天然产品。”

他们在假单胞菌中发现的合成方法的类型以这种方式起作用,因为一旦将新的氨基酸添加到肽中,它就会在一系列步骤中被修饰然后被破坏,从而允许产生原始核糖体。肽返回初始步骤。通过这种方式,它有点像酸面团的开始。只要它保持活动状态,就不需要从头开始重新创建每批后续面包。

为了充分描述他们的天然产物及其合成,van der Donk的团队希望更好地了解其结构。然而,已经证明该分子太不稳定而不能使用常规技术。研究人员向Gonen伸出援助之手,Gonen的实验室最近使用了一种尖端的方法 - 使用显微镜对纯化的材料进行闪蒸纯化以结晶 - 以确定小分子的结构。

“一旦你制造了一种天然产品,现在你需要弄清楚它是什么.我们的合作者想要证明这种方法对于一种未知的天然来源分子的实用性,”van der Donk说。 “对于这两个实验室来说,这确实是一个双赢的局面。我认为整个自然产品社区可能都想开始使用这种技术。”

现在van der Donk和他的团队意识到这种替代合成途径的存在,他们已经发现了其他类似机制的例子,包括产生抗肿瘤化合物的土壤微生物。除了扩大识别产生有前景的天然产物的基因簇的能力外,研究人员还兴奋地寻找新的方法来使用它们。

“我们也很兴奋在合成生物学中使用它,”van der Donk说。 “由于管理费用,制造天然产品所需的资源量非常低。你制造这种肽,一些酶,然后推出一种抗肿瘤化合物.现在有很多抗癌活性的工程菌兴趣,这是一种相对低调的水果,有机体为你制造分子。 “

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