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Nature发布酶功能研究重要成果

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来源: 作者: 2019-05-16 21:01:57

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尽管科学家们已对近6,900种生物的基因组进行了测序,然而到目前为止却还只知道大约一半蛋白质编码基因的功能。现在来自三个研究机构的15名科学家通过大规模跨学科研究合作,开始逐渐解答这一谜题。他们确定了一个细菌蛋白质的功能和它影响的一条生物化学通路,这一研究工作还将帮助鉴别成百上千其他蛋白质的功能。

研究人员将他们的新方法和研究结果发表在9月22日的《自然》(Nature)杂志上。

该研究小组通过将计算方法与各种实验室技术相结合,缩小了与未知蛋白——HpbD酶可能发生相互作用的小份子的名单,并确定了HpbD在宿主海洋细菌:百慕大公海橄榄菌(Pelagibaca bermudensis)中的作用。

5位共同研究负责人之一、伊利诺大学生物化学教授John Gerlt说,他们的目标其实不仅仅是确定这一蛋白质的功能,而是要想出一种新方法来处理庞大且在不断增长中,但却缺少功能信息的序列数据。

Gerlt说:“当前,蛋白质序列数据库中的蛋白质数量正接近4200万。但至多有50%的蛋白可靠地确定了功能。”

“不知道由一个基因组编码的所有这些蛋白质的功能,就根本无法了解一种生物体的生物学。”Gerlt说。

新研究是伊利诺大学基因组生物学研究所酶功能项目(EFI)的一部分。这一项目,由美国国家普通医学科学研究所提供资金资助,Gerlt领导,旨在“解决对于生物医学科学极其重要,但却超出任何一个研究小组能力的复杂问题。”EFI侧重研究细菌酶。

Gerlt 说:“曾经有一段时间,我为我们专注于细菌基因组而非人类基因组而感到遗憾。然而,现在已经证实了我们并不是孤立地生活着,我们有着一个与我们相干的微生物组,这一微生物组是由成千上万居住在我们身体中的细菌物种所构成。了解这些细菌所能做的事情对我们来说非常重要。”

加州大学旧金山分校的Matthew Jacobson和博士后研究人员Suwen Zhao领导了计算工作,他们将一种酶与数以万计的代谢伙伴蛋白进行了配对,看看哪些份子能够最好地结合到一起。由于酶是通过对其他份子起作用来履行一种特定功能,确定酶的靶标(也称作底物)可以提供关于该酶活性的重要线索。

这1工作从超过87,000种蛋白的原始名单中确定出了4个可能的底物。Suwen Zhao将这四个底物的特性和该酶可能影响的一条信号通路传送给了Gerlt及同事们。随后这1实验室开始启动研究工作。

几个研究领域交会帮助确定了四个底物实际哪一个与该酶相互作用,证实了它的功能以及影响的化学信号通路。

研究人员发现,他们的酶催化了一个生物化学信号通路的第一步,该信号通路使得这一海洋细菌能够利用其中的一个底物tHypB作为碳源。

更为重要的是,该研究小组还发现了tHypB在细菌中另外一种或许更为重要的功能:它帮助了生物体应对了在盐环境中生活的压力。

Gerlt说,这项旨在了解一种酶功能的研究工作会带来一连串其他的好处。这种方法的一个极大的优势在于,它可以帮助鉴别直系同源物(在其他生物体中履行相同任务的酶)。

“加州大学旧金山分校的Patricia Babbitt和同事们已在蛋白质数据库中鉴别了数十个直系同源物,因此我们不仅是肯定了一个酶的功能,而是确定了所有这些酶的功能。”由于研究人员还证实了所有酶在这一信号通路中的功能都是使得微生物能够消耗tHypB。他们的研究工作提供了关于其他生物体相似信号通路中同源酶作用的新认识不识字的李卫是怎么做上雍正朝一品大员的1

EFI的研究人员正在致力开发一些策略和工具,供其他研究人员利用来完成类似的发现。

Gerlt说:“曾经在一段时间里,研究人员将他(或她)的整个职业生涯都奉献给了一种酶。尽管这已是很久以前的事了,但有一些人仍然在这样做。现在,基因组测序技术改了生物学家们看待问题的方式。我们不能继续孤立地看问题。”

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