調(diào)控氧化還原過程的新蛋白質(zhì)開關

德國哥廷根大學的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的蛋白質(zhì)開關，它能調(diào)節(jié)氧化還原過程，可能是生命各個領域蛋白質(zhì)中都普遍存在的調(diào)節(jié)元件。該研究有望為生物過程調(diào)控提供一個新的有利工具。相關成果近日發(fā)表于《自然》。

研究者調(diào)查了一種來自人類病原體淋病奈瑟菌的蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)醛縮酶），這種蛋白質(zhì)能引起淋病，通常用抗生素治療。為了開發(fā)新的治療方法，研究者分析了這種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和機制，發(fā)現(xiàn)它在病原體中通過一種“氧化還原開關”在碳代謝中起著關鍵作用。研究者利用德國漢堡的DESY粒子加速器破譯蛋白質(zhì)在“開”和“關”狀態(tài)下的X射線結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)這個開關的化學性質(zhì)是完全未知的：它是在賴氨酸和半胱氨酸之間形成一個橋氧原子。研究者推測許多其他蛋白質(zhì)很可能也具有這種開關，之前是因為分辨率不夠?qū)е洛e過了發(fā)現(xiàn)這種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的機會。

這一新的蛋白質(zhì)開關將影響生命科學的諸多領域，例如蛋白質(zhì)設計。它也將為醫(yī)學應用和藥物設計提供新途徑，許多嚴重疾病的過程被認為受氧化還原控制，這種新開關有望被用于調(diào)節(jié)生物功能，從而開發(fā)新的治療方法。

（吳曉燕）

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

工程菌生產(chǎn)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，改造大腸桿菌成功生產(chǎn)彩虹著色劑，為食品和化學行業(yè)提供可持續(xù)色素原料。

制造天然色素來替代危害人體健康的合成色素，一直是人們關注的方向。大腸桿菌已經(jīng)被用于天然色素的生產(chǎn)，包括類胡蘿卜素、靛藍、花青素和紫菜素等。但是，天然綠色和海軍色的著色劑的生物合成尚未見報道。同時，很多天然產(chǎn)物都是疏水性的，它們聚集在細胞膜內(nèi)，這導致了細胞生長受到限制，從而使目標化學品產(chǎn)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，它們是大腸桿菌典型疏水性天然產(chǎn)物。經(jīng)整合系統(tǒng)代謝工程、細胞形態(tài)工程、內(nèi)膜和外膜囊泡形成以及優(yōu)化發(fā)酵過程，彩虹著色劑的產(chǎn)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(zhì)（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，普遍適用于微生物生產(chǎn)更加廣泛的疏水性較強的天然產(chǎn)物，可用于食品、化妝品、化學和制藥等各個領域。（吳曉燕）

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

工程酵母生產(chǎn)高能量密度燃料前體

產(chǎn)油酵母（例如Lipomyces starkeyi）常被用于生產(chǎn)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(yōu)化生產(chǎn)途徑和條件，獲得了高產(chǎn)的工程化菌株，為產(chǎn)油酵母生產(chǎn)α-zingiberene或其他萜類開辟了一條新的合成途徑。相關研究近日發(fā)表于《美國化學會—合成生物學》。

該研究中，在含4%葡萄糖的酵母提取物蛋白胨葡萄糖培養(yǎng)基（YPD）中，轉(zhuǎn)基因L. starkeyi菌株可以產(chǎn)生高達17毫克/升的α-zingiberene合成酶。在C/N為20或100的8%葡萄糖培養(yǎng)基和YPD中培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因菌株，α-zingiberene的積累量為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(chǎn)培養(yǎng)基的優(yōu)化使其效價比YPD培養(yǎng)基提高15%。研究者最終得到的轉(zhuǎn)基因菌株在間歇式生物反應器中可以產(chǎn)生700毫克/升的α-zingiberene。

該研究為L.starkeyi產(chǎn)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，為利用產(chǎn)油酵母開展航空燃料生物合成奠定了基礎。（吳曉燕）

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