調控氧化還原過程的新蛋白質開關(guan)

德國哥廷根大學的研究人員發現了一種新的蛋白質開關(guan) ，它能調節氧化還原過程，可能是生命各個(ge) 領域蛋白質中都普遍存在的調節元件。該研究有望為(wei) 生物過程調控提供一個(ge) 新的有利工具。相關(guan) 成果近日發表於(yu) 《自然》。

研究者調查了一種來自人類病原體(ti) 淋病奈瑟菌的蛋白質（轉醛縮酶），這種蛋白質能引起淋病，通常用抗生素治療。為(wei) 了開發新的治療方法，研究者分析了這種蛋白質的結構和機製，發現它在病原體(ti) 中通過一種“氧化還原開關(guan) ”在碳代謝中起著關(guan) 鍵作用。研究者利用德國漢堡的DESY粒子加速器破譯蛋白質在“開”和“關(guan) ”狀態下的X射線結構，發現這個(ge) 開關(guan) 的化學性質是完全未知的：它是在賴氨酸和半胱氨酸之間形成一個(ge) 橋氧原子。研究者推測許多其他蛋白質很可能也具有這種開關(guan) ，之前是因為(wei) 分辨率不夠導致錯過了發現這種蛋白質結構的機會(hui) 。

這一新的蛋白質開關(guan) 將影響生命科學的諸多領域，例如蛋白質設計。它也將為(wei) 醫學應用和藥物設計提供新途徑，許多嚴(yan) 重疾病的過程被認為(wei) 受氧化還原控製，這種新開關(guan) 有望被用於(yu) 調節生物功能，從(cong) 而開發新的治療方法。

（吳曉燕）

相關(guan) 論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03513-3

工程菌生產(chan) 彩虹著色劑

近日《尖端科學》報道，韓國科學技術高等研究院（KAIST）的研究者利用代謝工程方法，改造大腸杆菌成功生產(chan) 彩虹著色劑，為(wei) 食品和化學行業(ye) 提供可持續色素原料。

製造天然色素來替代危害人體(ti) 健康的合成色素，一直是人們(men) 關(guan) 注的方向。大腸杆菌已經被用於(yu) 天然色素的生產(chan) ，包括類胡蘿卜素、靛藍、花青素和紫菜素等。但是，天然綠色和海軍(jun) 色的著色劑的生物合成尚未見報道。同時，很多天然產(chan) 物都是疏水性的，它們(men) 聚集在細胞膜內(nei) ，這導致了細胞生長受到限製，從(cong) 而使目標化學品產(chan) 量減少。

通過綜合的膜工程策略，KAIST的研究人員增加了彩虹著色劑——3種類胡蘿卜素和4種violacein衍生物，它們(men) 是大腸杆菌典型疏水性天然產(chan) 物。經整合係統代謝工程、細胞形態工程、內(nei) 膜和外膜囊泡形成以及優(you) 化發酵過程，彩虹著色劑的產(chan) 量顯著增加，達到322毫克/升蝦青素（紅色）、343毫克/升β—胡蘿卜素（橙色）、218毫克/升玉米黃質（黃色）、1.42克/升原紫菜素（綠色）、0.844克/升原脫氧紫菜素（藍色）、6.19克/升紫菜素（海軍(jun) 藍色）和11.26克/升脫氧紫菜素（紫色）。

該研究采取的膜工程方法，普遍適用於(yu) 微生物生產(chan) 更加廣泛的疏水性較強的天然產(chan) 物，可用於(yu) 食品、化妝品、化學和製藥等各個(ge) 領域。（吳曉燕）

相關(guan) 論文信息：

https://doi.org/10.1002/advs.202100743

工程酵母生產(chan) 高能量密度燃料前體(ti)

產(chan) 油酵母（例如Lipomyces starkeyi）常被用於(yu) 生產(chan) 如脂類和萜類的高能量密度分子。美國太平洋西北國家實驗室的研究團隊對L·starkeyi進行工程化改造，通過優(you) 化生產(chan) 途徑和條件，獲得了高產(chan) 的工程化菌株，為(wei) 產(chan) 油酵母生產(chan) α-zingiberene或其他萜類開辟了一條新的合成途徑。相關(guan) 研究近日發表於(yu) 《美國化學會(hui) —合成生物學》。

該研究中，在含4%葡萄糖的酵母提取物蛋白腖葡萄糖培養(yang) 基（YPD）中，轉基因L. starkeyi菌株可以產(chan) 生高達17毫克/升的α-zingiberene合成酶。在C/N為(wei) 20或100的8%葡萄糖培養(yang) 基和YPD中培養(yang) 轉基因菌株，α-zingiberene的積累量為(wei) 59毫克/升。

研究者通過對甲戊酸途徑篩選的基因過表達，使α-zingiberene合成效率提高了145%。α-zingiberene生產(chan) 培養(yang) 基的優(you) 化使其效價(jia) 比YPD培養(yang) 基提高15%。研究者最終得到的轉基因菌株在間歇式生物反應器中可以產(chan) 生700毫克/升的α-zingiberene。

該研究為(wei) L.starkeyi產(chan) 油酵母中α-zingiberene等萜類化合物的生物合成開辟了一條新途徑，為(wei) 利用產(chan) 油酵母開展航空燃料生物合成奠定了基礎。（吳曉燕）

相關(guan) 論文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.0c00503