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该文揭示了脱碳磷酸盐微生物降解过程中酶的进化和适应性的新见解。文中发现的一类FAD依赖氧化还原酶可显著扩展AEP水解代谢网络的底物范围,使细菌获得对更多AEP相关营养源的利用能力。这种通过新增模块化酶实现代谢途径升级的策略,增强了细菌的环境适应性,体现了微生物适应性代谢的模块化和可重组性特点。

背景:

磷酸盐对生物体的生长发育非常重要，但在少许处境中可使用的无机磷源有限。脱碳磷酸盐是一类含有直接的C-P键的有机化合物，在处境中广泛存在。个中2-氨基乙基磷酸「AEP」是多见的一种天然脱碳磷酸盐。很多细菌具有通过特异的“水解”门路降解AEP的本事，以获取磷源「图1」。

最习见的环境下，AEP水解降解门路从转氨酶PhnW催化的AEP向磷酰乙醛「PAA」的转化反应初步。然后，PAA颠末磷酰乙醛水解酶PhnX水解天生乙醛和无机磷酸盐「图1A」。在另一条门路中，PAA被脱氢酶PhnY转化为磷酸乙酸，然后再由酶PhnA水解天生乙酸和磷酸盐「图1B」。

尽管AEP水解途径广泛存在于多个细菌中，但这些途径对底物畛域非常狭窄，只能降解AEP自身。考虑到AEP相干化合物N-甲基AEP「M1AEP」也多见，本查究职员推测一些补助酶没关系会有此活性，是以将M1AEP引入AEP水解途径中。

实验部分:

AEP水解干系基因簇中发觉编码FAD依赖氧化还原酶的基因非时时见。这些酶可以归于PbfB、PbfC和PbfD三个亚组。重组表达并纯化了来自差别亚组的代表性酶后进行表征，发觉这些酶可以M1AEP氧化为PAA「图2」。

PAA然后可继续进入后续的AEP水解道路，开释出无机磷酸盐。PbfC酶展现出高度区域采用性，几乎不能作用于未甲基化的AEP。另一方面，PbfD酶能以相近的效率氧化M1AEP和AEP「图3」。

总结与讨论：

1. FAD酶扩大了AEP水解路线的应用鸿沟，这些酶允许细菌利用AEP联系化合物，提高对多种营养源的适应性。

2. 不同FAD酶功能的差异适应不同细菌需求，如PbfC酶高专一性适合不须要降解AEP的细菌;PbfD酶适合缺少PhnW的菌种。

3. FAD酶基因的水平转达，这些补助酶编码基因能够与AEP水解核心基因一起在细菌之间转达，拼装成适应差异环境的代谢模块。

4. 对AEP微生物代谢网络的新认识，AEP水解途径呈现出高度的模块化和可重组性，可遵循环境需求组合天生不同途径。

5. 对细菌营养和境况适应性的启示，发觉的酶可促进细菌对多种营养源的运用，提高生存比赛力。

本研究通过组合生物信息学和试验办法的策略，发觉了一类可扩展AEP水解网络的FAD依赖氧化还原酶。这些酶增强了细菌对AEP关连营养源的使用，为细菌的境遇适应提供了大的机动空间。研究提出的AEP水解途径组装模式为明白微生物代谢提供了新视角。

原文链接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10590968/

作者：迪迦