调控氧化还原过程的新蛋白质开关

德国哥廷根大学的研究人员发现了一种新的蛋白质开关，它能调节氧化还原过程，可能是生命各个领域蛋白质中都普遍存在的调节元件。该研究有望为生物过程调控提供一个新的有利工具。相关成果近日发表于《自然》。

研究者调查了一种来自人类病原体淋病奈瑟菌的蛋白质（转醛缩酶），这种蛋白质能引起淋病，通常用抗生素治疗。为了开发新的治疗方法，研究者分析了这种蛋白质的结构和机制，发现它在病原体中通过一种“氧化还原开关”在碳代谢中起着关键作用。研究者利用德国汉堡的DESY粒子加速器破译蛋白质在“开”和“关”状态下的X射线结构，发现这个开关的化学性质是完全未知的：它是在赖氨酸和半胱氨酸之间形成一个桥氧原子。研究者推测许多其他蛋白质很可能也具有这种开关，之前是因为分辨率不够导致错过了发现这种蛋白质结构的机会。

这一新的蛋白质开关将影响生命科学的诸多领域，例如蛋白质设计。它也将为医学应用和药物设计提供新途径，许多严重疾病的过程被认为受氧化还原控制，这种新开关有望被用于调节生物功能，从而开发新的治疗方法。

（吴晓燕）

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

工程菌生产彩虹着色剂

近日《尖端科学》报道，韩国科学技术高等研究院（KAIST）的研究者利用代谢工程方法，改造大肠杆菌成功生产彩虹着色剂，为食品和化学行业提供可持续色素原料。

制造天然色素来替代危害人体健康的合成色素，一直是人们关注的方向。大肠杆菌已经被用于天然色素的生产，包括类胡萝卜素、靛蓝、花青素和紫菜素等。但是，天然绿色和海军色的着色剂的生物合成尚未见报道。同时，很多天然产物都是疏水性的，它们聚集在细胞膜内，这导致了细胞生长受到限制，从而使目标化学品产量减少。

通过综合的膜工程策略，KAIST的研究人员增加了彩虹着色剂——3种类胡萝卜素和4种violacein衍生物，它们是大肠杆菌典型疏水性天然产物。经整合系统代谢工程、细胞形态工程、内膜和外膜囊泡形成以及优化发酵过程，彩虹着色剂的产量显著增加，达到322毫克/升虾青素（红色）、343毫克/升β—胡萝卜素（橙色）、218毫克/升玉米黄质（黄色）、1.42克/升原紫菜素（绿色）、0.844克/升原脱氧紫菜素（蓝色）、6.19克/升紫菜素（海军蓝色）和11.26克/升脱氧紫菜素（紫色）。

该研究采取的膜工程方法，普遍适用于微生物生产更加广泛的疏水性较强的天然产物，可用于食品、化妆品、化学和制药等各个领域。（吴晓燕）

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

工程酵母生产高能量密度燃料前体

产油酵母（例如Lipomyces starkeyi）常被用于生产如脂类和萜类的高能量密度分子。美国太平洋西北国家实验室的研究团队对L·starkeyi进行工程化改造，通过优化生产途径和条件，获得了高产的工程化菌株，为产油酵母生产α-zingiberene或其他萜类开辟了一条新的合成途径。相关研究近日发表于《美国化学会—合成生物学》。

该研究中，在含4%葡萄糖的酵母提取物蛋白胨葡萄糖培养基（YPD）中，转基因L. starkeyi菌株可以产生高达17毫克/升的α-zingiberene合成酶。在C/N为20或100的8%葡萄糖培养基和YPD中培养转基因菌株，α-zingiberene的积累量为59毫克/升。

研究者通过对甲戊酸途径筛选的基因过表达，使α-zingiberene合成效率提高了145%。α-zingiberene生产培养基的优化使其效价比YPD培养基提高15%。研究者最终得到的转基因菌株在间歇式生物反应器中可以产生700毫克/升的α-zingiberene。

该研究为L.starkeyi产油酵母中α-zingiberene等萜类化合物的生物合成开辟了一条新途径，为利用产油酵母开展航空燃料生物合成奠定了基础。（吴晓燕）

相关论文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.0c00503