近日，《美國化學會—催化》發表了武漢大學藥學院教授孫宇輝課題組與英國劍橋大學、巴西聖保羅大學等機構研究人員關於慶大黴素雙脫氧催化機制的合作研究成果。研究人員透過遺傳學、生物化學和結構生物學等多學科研究方法，成功揭示了慶大黴素生物合成中雙脫氧修飾的過程和催化機理，找到了慶大黴素複雜生物合成途徑的最後一塊“拼圖”。
慶大黴素作為氨基糖苷類抗生素的經典代表，曾一度是治療革蘭氏陰性細菌感染的首選藥物。但伴隨著日益嚴重的抗生素耐藥性問題，以及慶大黴素自身的腎毒性和耳毒性，如何透過合成生物學方法研製出更高效和安全的慶大黴素等新型氨基糖苷類藥物，已成為人們的迫切願望。
課題組透過對可能涉及雙脫氧的PLP依賴的轉氨酶候選編碼基因進行體內遺傳敲除，證實了GenB3和GenB4參與該過程，並透過鑑定的數箇中間產物，說明該過程實際上包括連續的脫雙羥基和雙鍵還原步驟。再經GenB3和GenB4的重組表達，並以分離獲得的中間產物為底物進行嚴格的體外生化驗證，研究人員發現脫雙羥基並非單一的反應，除了磷酸化酶GenP負責的中間體磷酸化之外，還包含了連續的脫磷酸、異構化、脫氨基和轉氨過程，而這些複雜的變化均由GenB3單獨催化完成。
研究人員表示，GenB4主導的雙鍵還原並未使用還原型輔酶，而是非常規地透過亞氨基水解，間接地實現了還原，再透過GenB3轉氨，得到最終慶大黴素C組分產物。這個過程也因為不同尋常的還原方式，在同一位點反覆脫氨或轉氨多達4次。整個催化過程在簡單的表象之下蘊藏著自然界天然產物獨特而精彩的催化機理。課題組還發現GenB3和GenB4雖然氨基酸序列極其相似，但功能卻不盡相同。透過對其蛋白晶體的結構解析，表明GenB3中第57位的Ser和GenB4中第52位Asp可能是引發其功能不同的關鍵所在，即僅僅一個氨基酸位點的不同，最終決定了兩者功能的巨大差異。（溫才妃 李芸）
來源： 《中國科學報》
