【Nature】化學(xué)家率先揭示了含硒小分子微生物的生物合成途徑
2022.09.17
硒（Se）是一種天然的非金屬元素，主要存在于硒蛋白和硒酸生物聚合物中。由于硒具有營(yíng)養(yǎng)學(xué)和毒理學(xué)作用，因此在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。硒對(duì)于細(xì)胞功能和幾種具有抗氧化特性的硒蛋白合成是必需的，這些蛋白對(duì)包括人類在內(nèi)的哺乳動(dòng)物生命至關(guān)重要。
雖然硒這么重要，但目前已知僅有兩種將硒引入蛋白質(zhì)和核酸的途徑，即通過硒代半胱氨酸和2-硒尿苷。20多年來，這一領(lǐng)域沒有研究進(jìn)展，如何將硒特異性地引入小分子的途徑還沒有人知道。
在一項(xiàng)新的研究中，來自美國普林斯頓大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了將硒整合到微生物小分子中的生物合成途徑，這標(biāo)志著率先在天然產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了這種原子，為硒生物學(xué)開辟了一條新途徑。這一發(fā)現(xiàn)也有力地表明，硒是所有生命王國的重要微量元素，它在細(xì)菌中的生物功能可能比科學(xué)家初假設(shè)的更重要。相關(guān)研究成果于2022年9月7日在線發(fā)表在《自然》雜志上，題目為“微生物中含硒小分子的生物合成”。這篇論文的作者是普林斯頓大學(xué)化學(xué)教授Mohammad Seyedsayamdost博士。
圖中顯示了將硒整入到微生物小分子中的生物合成途徑，圖片來自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05174-2。
論文作者、Seyedsayamdost實(shí)驗(yàn)室研究生蔡斯凱魯茲(Chase Kayrouz)說，“這是一個(gè)封閉的領(lǐng)域。在過去的20年里，沒有人找到新的代謝硒的方法。20世紀(jì)80年代和90年代闡明了硒核酸硒蛋白的生物合成。從那時(shí)起，人們認(rèn)為這些是微生物對(duì)硒的作用。我們只是想知道他們會(huì)不會(huì)把硒納入其他小分子中？結(jié)果，他們做到了。”
Seyedsayamdost表示，他們的“研究表明，大自然確實(shí)已經(jīng)進(jìn)化出了將這種元素整合到小分子、糖和次生代謝物中的方法。硒具有顯著的特性，不同于生物大分子中發(fā)現(xiàn)的其他元素。例如，含硒的抗氧化劑硒代氨酸比這種分子的硫代形式成為更好的抗氧化劑。然而，雖然硫在生物大分子中普遍存在，但硒的出現(xiàn)卻罕見得多，被認(rèn)為于生物大分子”。
Seyedsayamdost說，“自然界進(jìn)化出了一種特定的機(jī)制，將硫或硒整合到天然產(chǎn)物中，從而通過各自的方式利用這兩種元素的特性。”
Kayrouz說，“微生物將硒整合到這些化合物中是有原因的，因此肯定有一些有趣的生物活性與之相關(guān)。我們還不知道它是什么，但它非常令人興奮。作為生物化學(xué)家，這個(gè)發(fā)現(xiàn)是我們每天醒來的原因。”
總之，這項(xiàng)新研究闡明了兩種新的硒-碳（Se-C）鍵形成酶和硒糖生成的生物合成途徑，擴(kuò)大了生物硒利用的范圍，表明硒代謝比以前認(rèn)為的更為多樣化，并為發(fā)現(xiàn)其他含硒的天然產(chǎn)物奠定了基礎(chǔ)。
論文摘要部分：
硒是多種生物必需的微量元素。已知有兩種途徑可將其插入蛋白質(zhì)和核酸，分別是通過硒半胱氨酸和2-硒尿啶。然而，盡管硒的重要性，具體結(jié)合到小分子的途徑仍然是未知的。在這里，我們使用基因組挖掘策略，在各種微生物中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)廣泛的三基因集群，編碼產(chǎn)生硒氨酸的途徑，硒氨酸是多功能分子麥角硫氨酸的硒類似物。我們闡明了所有三種蛋白質(zhì)的反應(yīng)，并發(fā)現(xiàn)了兩種新的硒碳鍵形成酶和生產(chǎn)硒糖的生物合成途徑，這是一個(gè)意想不到的中間產(chǎn)物到終產(chǎn)品。我們的發(fā)現(xiàn)擴(kuò)大了生物硒利用的范圍，表明硒代謝組比以前認(rèn)為的更多樣化，并為發(fā)現(xiàn)其他含硒天然產(chǎn)物奠定了基礎(chǔ)。
(消息來源：中國醫(yī)藥網(wǎng))
參考資料：
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.化學(xué)家揭示硒嵌入天然產(chǎn)物的條途徑
https://phys. org/news/2022-09-chemists-reveal-pathway-selenium-insert . html
