当前视点!硒元素可能比我们想象的更具有生物学上的重要性

时间:2022-10-12 20:38:50 来源: cnBeta.COM


这些发现发表在《自然》杂志上,作者是Chase Kayrouz、Jonathan Huang、Nicole Hauser和Mohammad SeyedsayAMDost。

硒的生物合成途径


(资料图)

这幅插图显示了将Se纳入微生物小分子的生物合成途径,这表明细菌中存在一个未开发的"化学空间",现在可以开采新型天然产品。资料来源:《自然》杂志

"这是个封闭的领域。20年来,没有人发现硒代谢的新途径,"Kayrouz说。"硒蛋白和硒核酸的生物合成是在80年代和90年代被阐明的。从那时起,人们就认为这些是微生物利用硒做的唯一事情。我们只是想知道它们是否会将硒纳入其他小分子中?事实证明,它们确实如此。"

Seyedsayamdost说:"我们的工作表明,大自然确实已经进化出了将这种元素纳入小分子、糖类和次级代谢物的途径。硒具有显著的特性,与生物大分子中发现的任何其他元素不同。例如,硒与硒酮的结合使其成为一种比硫磺版分子更好的抗氧化剂。但是,虽然硫在生物大分子中无处不在,但硒的出现却要少得多,而且被认为仅限于生物聚合物。"

他继续说:"大自然已经进化出了将硫或硒纳入天然产品的特定机制,从而通过各自特有的途径来利用这两种元素的独特特性。"

Chase Kayrouz,普林斯顿化学学院Seyedsayamdost实验室的四年级研究生,本周发表的《自然》论文的第一作者。

寻找硒

研究人员在开始调查时假设,由于硒原子在其他地方的广泛使用,它们应该出现在天然产品中。他们想知道这样的特征在微生物基因组中可能是什么样子的。

"如何真正看到一种新的药物或天然产品或硒代谢物在哪里,如何找到它?"Kayrouz说。"我们通常寻找生物合成基因簇--染色体上编码这种分子的生物合成的基因组。因此,如果我们有一条制造含硒化合物的途径,它必须由基因编码。"

他们实施了一个基因组挖掘策略,寻找在selD旁边发现的基因,selD编码了细胞内所有已知硒过程的第一步。

很快,他们发现了一个与selD共同定位的基因--senB--引起了他们的注意,特别是因为它之前没有被牵涉到硒代谢中。

进一步检查发现了第三个共同定位的基因,称为SenA。Kayrouz推测,这三个基因可能参与了一个新的硒生物合成途径。

"首先,我们定义了纳入硒的生物合成基因簇会是什么样子,"Seyedsayamdost说。"然后我们使用生物信息学来寻找这样的基因,并在不同的微生物基因组中确定了我们现在所说的'sen集群'"。他们能够在大肠杆菌中表达这些新基因中的每一个,从而在试管中组装出整个途径。这揭示了两种含硒小分子的产生--一种硒糖和一种叫做硒酮的分子。它还揭示了两种形成碳-硒键的酶,这是第一个作用于生物小分子的此类酶。

Kayrouz说:"微生物将硒放入这些化合物是有原因的,所以一定有一些有趣的生物活性与它们相关。"我们还不知道那是什么,但这是非常令人兴奋的。作为生物化学家,像这样的发现是我们每天醒来的目的。"


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