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

論文**作者、Seyedsayamdost實驗室研究生Chase Kayrouz說，“這是一個封閉的領域。20年來，沒有人發(fā)現硒代謝的新途徑。含硒蛋白（selenoprotein）和含硒核酸（selenonucleic acid）的生物合成是在20世紀80年代和90年代被闡明的。從那時起，人們就認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將硒納入其他小分子中？結果發(fā)現，它們確實如此。”

Seyedsayamdost說，他們的“研究表明，自然界確實已經進化出將這種元素整合到小分子、糖類和次級代謝物中的途徑。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處不在，但硒的出現卻要**得多，而且被認為**于生物聚合物”。

Seyedsayamdost說，“大自然已經進化出了將硫或硒整合到天然產物中的特異性機制，從而通過各自特有的途徑來利用這兩種元素的獨特特性。”

尋找硒

該實驗室開始他們的研究時假設，硒原子應該存在于天然產物中，因為它在其他地方的利用是無處不在的。他們問，這樣的特征在微生物基因組中會是什么樣子？

Kayrouz說，“你如何真正發(fā)現一種新的**或天然產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。”

他們實施了一種基因組發(fā)掘策略，尋找在selD旁邊發(fā)現的基因，因為selD編碼了細胞內所有已知硒過程的**步。很快，他們發(fā)現了一個與selD共同定位的基因---senB--引起了他們的注意，特別是因為它之前沒有涉及硒代謝。通過進一步的研究，他們發(fā)現了第三個共同定位的基因，稱為senA。Kayrouz推測，這三個基因可能參與了一個新的硒生物合成途徑。

Seyedsayamdost說，“首先，我們確定了整入硒的生物合成基因簇會是什么樣子。然后我們使用生物信息學來尋找這樣的基因，并在不同的微生物基因組中確定了我們現在稱之為‘sen基因簇’的基因。”

他們能夠在大腸桿菌中表達這些新基因中的每一個，從而在試管中組裝出整個途徑。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，“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。我們還不知道這是什么，但這是非常令人興奮的。作為生物化學家，這樣的發(fā)現是我們每天醒來的原因。”（生物谷 Bioon.com）