在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)普林斯頓大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一條將硒整入微生物小分子中的生物合成途徑，標(biāo)志著這種原子**在天然產(chǎn)物中被發(fā)現(xiàn)，這就為硒生物學(xué)開辟了新的途徑。這一發(fā)現(xiàn)還強(qiáng)烈地表明，硒是所有生命王國(guó)中的一種重要的微量元素，它在**中的生物作用可能比科學(xué)家們*初假設(shè)的更重要。相關(guān)研究結(jié)果于2022年9月7日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Biosynthesis of selenium-containing small molecules in diverse microorganisms”。論文通訊作者為普林斯頓大學(xué)化學(xué)系教授Mohammad Seyedsayamdost博士。

論文**作者、Seyedsayamdost實(shí)驗(yàn)室研究生Chase Kayrouz說(shuō)，“這是一個(gè)封閉的領(lǐng)域。20年來(lái)，沒(méi)有人發(fā)現(xiàn)硒代謝的新途徑。含硒蛋白（selenoprotein）和含硒核酸（selenonucleic acid）的生物合成是在20世紀(jì)80年代和90年代被闡明的。從那時(shí)起，人們就認(rèn)為這些是微生物利用硒做的**事情。我們只是想知道它們是否會(huì)將硒納入其他小分子中？結(jié)果發(fā)現(xiàn)，它們確實(shí)如此?！?

Seyedsayamdost說(shuō)，他們的“研究表明，自然界確實(shí)已經(jīng)進(jìn)化出將這種元素整合到小分子、糖類和次級(jí)代謝物中的途徑。硒具有顯著的特性，與生物大分子中發(fā)現(xiàn)的任何其他元素不同。例如，含硒抗氧化劑麥角硒因（selenoneine）成為一種比這種分子的硫代版本更好的抗氧化劑。但是，雖然硫在生物大分子中無(wú)處不在，但硒的出現(xiàn)卻要**得多，而且被認(rèn)為**于生物聚合物”。

Seyedsayamdost說(shuō)，“大自然已經(jīng)進(jìn)化出了將硫或硒整合到天然產(chǎn)物中的特異性機(jī)制，從而通過(guò)各自特有的途徑來(lái)利用這兩種元素的獨(dú)特特性?！?

尋找硒

該實(shí)驗(yàn)室開始他們的研究時(shí)假設(shè)，硒原子應(yīng)該存在于天然產(chǎn)物中，因?yàn)樗谄渌胤降睦檬菬o(wú)處不在的。他們問(wèn)，這樣的特征在微生物基因組中會(huì)是什么樣子？

Kayrouz說(shuō)，“你如何真正發(fā)現(xiàn)一種新的**或天然產(chǎn)物或硒代謝物在哪里，你如何找到它？我們通常尋找生物合成基因簇---染色體上編碼這類分子的生物合成的一組基因。因此，如果我們有一條制造含硒化合物的途徑，它必須由基因編碼。”

他們實(shí)施了一種基因組發(fā)掘策略，尋找在selD旁邊發(fā)現(xiàn)的基因，因?yàn)閟elD編碼了細(xì)胞內(nèi)所有已知硒過(guò)程的**步。很快，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與selD共同定位的基因---senB--引起了他們的注意，特別是因?yàn)樗皼](méi)有涉及硒代謝。通過(guò)進(jìn)一步的研究，他們發(fā)現(xiàn)了第三個(gè)共同定位的基因，稱為senA。Kayrouz推測(cè)，這三個(gè)基因可能參與了一個(gè)新的硒生物合成途徑。

Seyedsayamdost說(shuō)，“首先，我們確定了整入硒的生物合成基因簇會(huì)是什么樣子。然后我們使用生物信息學(xué)來(lái)尋找這樣的基因，并在不同的微生物基因組中確定了我們現(xiàn)在稱之為‘sen基因簇’的基因?！?

他們能夠在大腸桿菌中表達(dá)這些新基因中的每一個(gè)，從而在試管中組裝出整個(gè)途徑。這揭示了兩種含硒小分子---一種含硒糖分子（selenosugar）和一種叫做麥角硒因的含硒分子---的產(chǎn)生。它還揭示了兩種形成碳-硒鍵的酶，這是**批作用于生物小分子的此類酶。

Kayrouz說(shuō)，“微生物將硒整入到這些化合物中是有原因的，所以一定有一些有趣的生物活性與它們相關(guān)。我們還不知道這是什么，但這是非常令人興奮的。作為生物化學(xué)家，這樣的發(fā)現(xiàn)是我們每天醒來(lái)的原因?！保ㄉ锕?Bioon.com）