张德林，殷平│高效酶法合成警报素分子
文摘
三农
2022-10-06 15:17
湖北
植物和细菌处于营养胁迫时，会产生一种由核苷酸代谢产物(pp)pGpp诱导的严谨反应，即氨基酸饥饿时发生蛋白合成及相关基因表达停滞的反应。信使分子(pp)pGpp，也被称为警报素分子，是细菌和植物生存所必需的。信使分子(pp)pGpp主要分为3种：鸟苷五磷酸（pppGpp，G5P）、鸟苷四磷酸（ppGpp，G4P）和鸟苷三磷酸（pGpp，G3P）。
(pp)pGpp作为常用的信号传递分子，对许多病原菌（例如大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌）的黏附、侵入、免疫逃避、传播、生物膜形成和慢性感染起着重要作用。鞭毛是大多数细菌黏附宿主细胞的关键。(pp)pGpp能够通过抑制病原体鞭毛基因的表达，从而影响病原体入侵。由于信使分子(pp)pGpp对细菌和病原体的毒性、致病性的特殊作用，使其可能成为一种潜在的新型的抗菌药物。在细菌中，主要由3种信使分子合成酶（RelA、GppA、YvcI）负责催化合成(pp)pGpp。尽管(p)ppGpp被发现已有近50年的历史，但是(p)ppGpp的代谢和信号传递过程仍是关注的重点。近年来，蓝细菌中的(p)ppGpp代谢机制逐渐被人们发现，可能与现有的代谢调控有所差异。由于蓝细菌是具有叶绿体的放氧光合性细菌，其类似的RSH活性调控机制为日益严重的蓝藻水华治理提供了可能。现有的研究中，(pp)pGpp主要来源于植物和细菌的内源提取以及酶生物合成，具有操作复杂、成本高昂、使用有毒试剂的弊端，无法满足快速获得大量的(pp)pGpp的需求。![]()
图1 蛋白质科学团队合影（居中为殷平教授）
华中农业大学蛋白质科学研究团队张德林、殷平和陈传玉等人，以现有的体外酶合成(pp)pGpp的方法为基础，建立和优化了新的体外合成技术。结果显示，通过(pp)pGpp合成酶RelA、GppA和YvcI在25 mmol/L Tris-HCl pH 9.0、15 mmol/L
MgCl2、100 mmol/L NaCl下37 ℃反应30 min，经阴离子交换进一步纯化，即可获得高纯度(pp)pGpp分子。与传统方法相比，本研究建立的体外合成方法，具有以下优势：一是方法简单，不需要特殊的有毒试剂；二是原料简单，常用的 ATP、GTP 即可参与反应，可大量获取目标分子；三是无需任何冰上或者 4 ℃操作；四是反应时间大大缩短。利用该技术可以快速、大量、绿色、经济地合成这些信号分子，为相关科学研究开展和基于此类分子的工业应用打下了坚实基础。![]()
图2 3种信使分子酶合成示意图
该研究成果以《酶法体外高效制备信号分子（pp）pGpp》为题，发表在《华中农业大学学报》2022年第4期，本文获得国家自然科学基金面上项目（31770878）的资助。陈传玉,谭樊杰,殷平，等.酶法体外高效制备信号分子（pp）pGpp[J].华中农业大学学报,2022,41(4):271-278
DOI：10.13300/j.cnki.hnlkxb.2022.04.033
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