每日视点！硒元素可能比我们想象的更具有生物学上的重要性

这些发现发表在《自然》杂志上，作者是Chase Kayrouz、Jonathan Huang、Nicole Hauser和Mohammad SeyedsayAMDost。

【资料图】

硒的生物合成途径

这幅插图显示了将Se纳入微生物小分子的生物合成途径，这表明细菌中存在一个未开发的"化学空间"，现在可以开采新型天然产品。资料来源：《自然》杂志

"这是个封闭的领域。20年来，没有人发现硒代谢的新途径，"Kayrouz说。"硒蛋白和硒核酸的生物合成是在80年代和90年代被阐明的。从那时起，人们就认为这些是微生物利用硒做的唯一事情。我们只是想知道它们是否会将硒纳入其他小分子中？事实证明，它们确实如此。"

Seyedsayamdost说："我们的工作表明，大自然确实已经进化出了将这种元素纳入小分子、糖类和次级代谢物的途径。硒具有显著的特性，与生物大分子中发现的任何其他元素不同。例如，硒与硒酮的结合使其成为一种比硫磺版分子更好的抗氧化剂。但是，虽然硫在生物大分子中无处不在，但硒的出现却要少得多，而且被认为仅限于生物聚合物。"

他继续说："大自然已经进化出了将硫或硒纳入天然产品的特定机制，从而通过各自特有的途径来利用这两种元素的独特特性。"

Chase Kayrouz，普林斯顿化学学院Seyedsayamdost实验室的四年级研究生，本周发表的《自然》论文的第一作者。

寻找硒

研究人员在开始调查时假设，由于硒原子在其他地方的广泛使用，它们应该出现在天然产品中。他们想知道这样的特征在微生物基因组中可能是什么样子的。

"如何真正看到一种新的药物或天然产品或硒代谢物在哪里，如何找到它？"Kayrouz说。"我们通常寻找生物合成基因簇--染色体上编码这种分子的生物合成的基因组。因此，如果我们有一条制造含硒化合物的途径，它必须由基因编码。"

他们实施了一个基因组挖掘策略，寻找在selD旁边发现的基因，selD编码了细胞内所有已知硒过程的第一步。

很快，他们发现了一个与selD共同定位的基因--senB--引起了他们的注意，特别是因为它之前没有被牵涉到硒代谢中。

进一步检查发现了第三个共同定位的基因，称为SenA。Kayrouz推测，这三个基因可能参与了一个新的硒生物合成途径。

"首先，我们定义了纳入硒的生物合成基因簇会是什么样子，"Seyedsayamdost说。"然后我们使用生物信息学来寻找这样的基因，并在不同的微生物基因组中确定了我们现在所说的'sen集群'"。他们能够在大肠杆菌中表达这些新基因中的每一个，从而在试管中组装出整个途径。这揭示了两种含硒小分子的产生--一种硒糖和一种叫做硒酮的分子。它还揭示了两种形成碳-硒键的酶，这是第一个作用于生物小分子的此类酶。

Kayrouz说："微生物将硒放入这些化合物是有原因的，所以一定有一些有趣的生物活性与它们相关。"我们还不知道那是什么，但这是非常令人兴奋的。作为生物化学家，像这样的发现是我们每天醒来的目的。"

关键词： 科学探索 硒元素可能比我们想象的更具有生物学上的重要性