手機(jī)版
論文共同通訊作者、伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校研究員Wilfred van der Donk說(shuō)道，“這些細(xì)菌中的酶進(jìn)行的反應(yīng)是令人難以置信的......當(dāng)我們首次觀察到它們時(shí)，我們摸不著頭腦。我們隨后必須煞費(fèi)苦心地證實(shí)我們認(rèn)為這些酶進(jìn)行的這些反應(yīng)確實(shí)發(fā)生了。”
van der Donk及其團(tuán)隊(duì)與加州大學(xué)洛杉磯分校生物化學(xué)與生理學(xué)教授Tamir Gonen進(jìn)行合作，證實(shí)了他們的發(fā)現(xiàn)。
van der Donk團(tuán)隊(duì)（包括論文第一作者Chi Ting）旨在通過(guò)探索基因組來(lái)發(fā)現(xiàn)新的天然產(chǎn)物，即由細(xì)菌產(chǎn)生的潛在有用物質(zhì)，這一策略稱為基因組挖掘（genome mining）。
van der Donk說(shuō)道，“基因組挖掘可以讓你開(kāi)始尋找你根本不知道它們會(huì)是什么的化合物。[我們的團(tuán)隊(duì)]的許多實(shí)驗(yàn)室都試圖通過(guò)基因組挖掘?qū)ふ倚碌目股?..你在尋找不尋常的東西，我們不知道它是如何制造出來(lái)的，然后你試著在一種友好的有機(jī)體中制造它。”
細(xì)胞使用稱為氨基酸的特殊化學(xué)成分來(lái)制造蛋白，而蛋白是生物的主要結(jié)構(gòu)和內(nèi)部分子機(jī)器。蛋白是由20種不同類型的氨基酸組成的長(zhǎng)鏈；肽是較短的氨基酸鏈。一些類型的細(xì)菌天然產(chǎn)物是小肽經(jīng)過(guò)市場(chǎng)上銷售的化學(xué)物的修飾后而形成的。
蛋白和大多數(shù)肽由核糖體組裝而成，核糖體是細(xì)胞中的大型分子機(jī)器，就像是面包店里的糕點(diǎn)廚師一樣。根據(jù)基因中編寫的食譜，核糖體能夠?qū)⑷魏伟被嵝蛄羞B接在一起；核糖體是高效的和多功能的。其他的基于肽的天然產(chǎn)物是由一組特定的酶制造出來(lái)的，這些酶就像一個(gè)家庭烘焙師，背熟了自己最喜歡的食譜---這些酶并不遵循模板，而是不斷地創(chuàng)建相同類型的連接和修飾，從而僅產(chǎn)生一種天然產(chǎn)物。
van der Donk說(shuō)，“在天然產(chǎn)物的生物合成中，這兩種途徑都被用來(lái)制造天然產(chǎn)物。如今，我們偶然發(fā)現(xiàn)了一種同時(shí)具備這兩種途徑特征的新途徑。”
這些研究人員在研究感染植物的丁香假單胞菌（Pseudomonas syringae）的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一個(gè)基因簇時(shí)取得了他們意想不到的發(fā)現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)在這個(gè)基因簇中，一個(gè)基因攜帶核糖體用來(lái)制造肽的信息，而另一個(gè)基因編碼了一種可以在肽鏈上添加另一種氨基酸的酶。糕點(diǎn)廚師組裝面團(tuán)做面包，但要把它交給家庭面包師來(lái)完成制備工作。
van der Donk說(shuō)，“回想起來(lái)，這只是一種非常聰明的做事方式。有一種酶可以對(duì)一種事先存在的肽產(chǎn)生這種作用，這意味著如今......你可以將這種肽作為支架使用，僅需一次又一次地制造天然產(chǎn)物。”
他們?cè)诩賳伟邪l(fā)現(xiàn)的這種類型的合成方法以這種方式起作用，這是因?yàn)橐坏⿲⑿碌陌被崽砑拥揭环N事先存在的肽中，它就會(huì)在一系列步驟中受到修飾，隨后遭受破壞，從而返回到由核糖體制造肽的這個(gè)起始步驟。通過(guò)這種方式，它有點(diǎn)像酵母發(fā)酵劑（sourdough starter）。只要它保持活性狀態(tài)，就不需要重新創(chuàng)建它來(lái)制作后續(xù)的每一批面包。
為了充分描述他們的天然產(chǎn)物及其合成，van der Donk團(tuán)隊(duì)希望更好地了解它的結(jié)構(gòu)。然而，經(jīng)證實(shí)，天然產(chǎn)物分子太不穩(wěn)定而不能使用傳統(tǒng)技術(shù)。該團(tuán)隊(duì)尋求了Gonen的幫助。Gonen實(shí)驗(yàn)室近期采用了一種前沿的技術(shù)---對(duì)快速冷凍的純化物質(zhì)的微晶進(jìn)行電鏡成像，來(lái)確定小分子的結(jié)構(gòu)。
van der Donk說(shuō)，“一旦你制造了天然產(chǎn)物，如今你需要弄清楚它是什么......我們的合作者想要展示這種方法對(duì)于制造未知的天然來(lái)源分子的有用性。對(duì)于這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，這確實(shí)是一個(gè)雙贏的局面。我認(rèn)為整個(gè)天然產(chǎn)物研究界很可能都希望開(kāi)始使用這種技術(shù)。”
鑒于van der Donk和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)意識(shí)到這種替代性合成途徑的存在，他們已發(fā)現(xiàn)了其他類似機(jī)制存在的例子，包括土壤細(xì)菌產(chǎn)生的抗腫瘤化合物。除了擴(kuò)大識(shí)別制造有前景的天然產(chǎn)物的基因簇的能力之外，這些研究人員興奮地發(fā)現(xiàn)了使用這種替代性合成途徑的新方法。
van der Donk說(shuō)道，“我們對(duì)于如何將它用于合成生物學(xué)也感到興奮。這是因?yàn)橹圃煲环N天然產(chǎn)物所需的開(kāi)銷，也就是資源的數(shù)量，在這里是相當(dāng)?shù)偷摹?/span>你制造肽，一些酶，然后產(chǎn)生一種抗腫瘤化合物…如今有很多人對(duì)細(xì)菌進(jìn)行改造讓它們具有抗癌活性很感興趣，就針對(duì)讓細(xì)菌為你制造分子而言，這是相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的成果。”
