這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然》雜志上，作者是Chase Kayrouz、Jonathan Huang、Nicole Hauser和Mohammad SeyedsayAMDost。

硒的生物合成途徑

(資料圖)

這幅插圖顯示了將Se納入微生物小分子的生物合成途徑，這表明細菌中存在一個未開發(fā)的"化學(xué)空間"，現(xiàn)在可以開采新型天然產(chǎn)品。資料來源：《自然》雜志

"這是個封閉的領(lǐng)域。20年來，沒有人發(fā)現(xiàn)硒代謝的新途徑，"Kayrouz說。"硒蛋白和硒核酸的生物合成是在80年代和90年代被闡明的。從那時起，人們就認為這些是微生物利用硒做的唯一事情。我們只是想知道它們是否會將硒納入其他小分子中？事實證明，它們確實如此。"

Seyedsayamdost說："我們的工作表明，大自然確實已經(jīng)進化出了將這種元素納入小分子、糖類和次級代謝物的途徑。硒具有顯著的特性，與生物大分子中發(fā)現(xiàn)的任何其他元素不同。例如，硒與硒酮的結(jié)合使其成為一種比硫磺版分子更好的抗氧化劑。但是，雖然硫在生物大分子中無處不在，但硒的出現(xiàn)卻要少得多，而且被認為僅限于生物聚合物。"

他繼續(xù)說："大自然已經(jīng)進化出了將硫或硒納入天然產(chǎn)品的特定機制，從而通過各自特有的途徑來利用這兩種元素的獨特特性。"

Chase Kayrouz，普林斯頓化學(xué)學(xué)院Seyedsayamdost實驗室的四年級研究生，本周發(fā)表的《自然》論文的第一作者。

尋找硒

研究人員在開始調(diào)查時假設(shè)，由于硒原子在其他地方的廣泛使用，它們應(yīng)該出現(xiàn)在天然產(chǎn)品中。他們想知道這樣的特征在微生物基因組中可能是什么樣子的。

"如何真正看到一種新的藥物或天然產(chǎn)品或硒代謝物在哪里，如何找到它？"Kayrouz說。"我們通常尋找生物合成基因簇--染色體上編碼這種分子的生物合成的基因組。因此，如果我們有一條制造含硒化合物的途徑，它必須由基因編碼。"

他們實施了一個基因組挖掘策略，尋找在selD旁邊發(fā)現(xiàn)的基因，selD編碼了細胞內(nèi)所有已知硒過程的第一步。

很快，他們發(fā)現(xiàn)了一個與selD共同定位的基因--senB--引起了他們的注意，特別是因為它之前沒有被牽涉到硒代謝中。

進一步檢查發(fā)現(xiàn)了第三個共同定位的基因，稱為SenA。Kayrouz推測，這三個基因可能參與了一個新的硒生物合成途徑。

"首先，我們定義了納入硒的生物合成基因簇會是什么樣子，"Seyedsayamdost說。"然后我們使用生物信息學(xué)來尋找這樣的基因，并在不同的微生物基因組中確定了我們現(xiàn)在所說的'sen集群'"。他們能夠在大腸桿菌中表達這些新基因中的每一個，從而在試管中組裝出整個途徑。這揭示了兩種含硒小分子的產(chǎn)生--一種硒糖和一種叫做硒酮的分子。它還揭示了兩種形成碳-硒鍵的酶，這是第一個作用于生物小分子的此類酶。

Kayrouz說："微生物將硒放入這些化合物是有原因的，所以一定有一些有趣的生物活性與它們相關(guān)。"我們還不知道那是什么，但這是非常令人興奮的。作為生物化學(xué)家，像這樣的發(fā)現(xiàn)是我們每天醒來的目的。"