元素百科为您介绍科学家阐明利福霉素生物合成新机制。结核病不仅有导致大量人类死亡的历史事件，而且至今仍是危害公共健康的顽固性呼吸道传染病。利福霉素类化合物是由地中海拟无枝酸菌产生的一类具有广谱抗菌作用的抗生素，对结核杆菌、麻风杆菌、链球菌、肺炎球菌等革兰氏阳性细菌，特别是耐药性金黄色葡萄球菌具有很强的拮抗作用，同时对某些革兰氏阴性细菌也有效果。由天然产物利福霉素SV或利福霉素B进行化学半合成的利福平、利福喷丁、利福布丁等药物进入了世界卫生组织的基础药物目录，作为一线抗结核药物挽救了数以万计结核病人的生命。自1957年首次发现以来，利福霉素的生物合成途径一直是生物化学家们的研究热点。尽管前期利用同位素标记和基因敲除（敲入）等方法已阐明其生物合成途径中的大部分环节，但利福霉素SV是如何转化为利福霉素B的这个关键环节却长时间困扰着科学界。 日前，由中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员李盛英带领的酶工程研究组，与中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所赵国屏和肖友利研究组，以及中科院上海有机化学研究所唐功利团队的多名学者合作，在国际上首次阐明了利福霉素SV转化为利福霉素B的详细生物合成途径及酶催化反应机制，相关成果已在线发表于最新出版的《自然-通讯》（NatureCommunications）期刊上。基于2011年赵国屏研究组通过分子遗传学方法确认关键基因Rif15/16负责利福霉素SV到B转化的体内研究工作基础，该工作中研究人员成功在大肠杆菌中异源表达得到可溶性的转酮酶Rif15和细胞色素P450单加氧酶Rif16，在体外通过酶活重建、产物结构表征、13C标记实验和Rif16晶体结构解析彻底阐明了利福霉素SV转化为利福霉素B的生物合成途径及这两个酶的功能和催化机制，改写了Ghisalba等在36年前提出的“旧模型”（J.Antibiot.35,1982:74-80）。研究团队发现，利福霉素SV首先在有氧条件下可自发被氧气化学氧化成利福霉素S，进而在转酮酶Rif15的作用下将2-酮糖的一个C2基团转移至利福霉素S上并重排生成含有C-O酯键结构的利福霉素L。接着P450单加氧酶Rif16拔取利福霉素LC-39位羟基上的氢原子，形成的氧自由基进攻临近芳环C-4位形成五元环结构，然后再经一系列电子重排和第二次C-1位置酚羟基上氢原子的拔取，生成不稳定的中间体化合物利福霉素O。该化合物在电子供体NADPH存在条件下，迅速被水解还原形成稳定的终产物利福霉素B。在此过程中，转酮酶Rif15表观上催化一个独特的C-O成键反应（通过常规的C-C成键和非常规重排形成）；而P450单加氧酶Rif16则通过一个五元环的介导，成功实现了一种十分罕见的“酯醚转化”反应。这两个全新催化机制的发现，进一步拓宽了转酮酶和P450单加氧酶这两种常见生物催化剂的催化反应类型，加深了领域内对这两种酶的认识。该项研究的成功还将为进一步利用合成生物学方法有效进行新型利福霉素发现和工业菌种改造，进一步提升利福霉素的产量提供全新的理论依据。

元素百科为您介绍棉酚生物合成途径研究获进展。5月21日，国际学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所陈晓亚研究组的科研论文：《棉酚生物合成途径解析》（Characterizationofgossypolbiosyntheticpathway）。该研究分离鉴定了棉酚生物合成途径中4个新的酶基因，并从基因组水平上解释了锦葵目植物中棉酚生物合成途径演化的基础，发现了中间产物的生理活性及其调控机制。 棉花是重要的经济作物，棉纤维是纺织工业主要的天然原料，深受广大消费者欢迎。棉纤维（皮棉）约占籽棉重量的40%，轧花后留下的棉籽含有丰富的蛋白质和油脂，是棉花生产的重要副产品。经过工业精炼提取的棉籽油是重要的食用植物油之一，棉籽蛋白、棉粕、棉籽壳则是饲料、食用菌培养基的重要原料。棉酚是一种次生代谢产物，在地上部分的腺体和根的表皮层中大量积累，具有保护植物抵御病菌侵染和虫、鼠取食的功能，但棉籽中高含量的棉酚也限制了其作为重要油料和饲料原料的广泛应用。我国年产棉籽约600万吨，含约150万吨棉籽蛋白，100万吨棉籽油，然而，这一宝贵资源至今未得到充分利用。棉籽的扩大利用和开发是棉花生产增效增收的一项主要来源。陈晓亚领导研究组自1994年以来一直致力于棉酚生物合成途径研究，包括酶基因克隆、代谢调控机制、抗病/抗虫新技术等方面，创制了种子特异低酚转基因棉花材料，发明并优化了植物介导的RNA干扰抗虫技术，取得了一系列具有国际影响力的科研成果。棉酚是倍半萜醛衍生物，基本骨架是(+)-δ-杜松烯。研究组先后克隆鉴定了棉酚生物合成上游途径三步连续反应，但之后的反应步骤尚不清楚。该研究通过RNA-seq筛选在有腺体棉和无腺体棉差异表达的基因，结合VIGS和代谢产物分析，先后分离了P450单加氧酶CYP82D113、CYP71BE79、双加氧酶2-ODD1以及醇脱氢酶DH1，通过体外酶活反应和产物结构鉴定，确定了这些酶的功能，从而将棉酚的生物合成途径朝前推进了四个反应步骤，为全面解析棉酚生物合成途径奠定了基础。研究组还获得了数个棉酚途径中间体，均为新发现的化合物，其中一些具有显著的生理活性，为天然产物的研发提供了新平台。

元素百科为您介绍东南大学研究人员发现细胞内消化藻类全新机制。2018年6月6日，英国皇家科学会会刊(ProceedingsoftheRoyalSocietyB)以历史最长篇幅（10页），在线报道了东南大学陆祖宏、何春鹏师生等撰写的研究性论文《Phagocyticintracellulardigestioninamphioxus(Branchiostoma》，并被《自然》杂志以Highlight形式评论。 英国皇家科学会会刊是世界上最古老的科研杂志，是《自然》杂志索引名录的30个生物类期刊之一。这次发表东南大学陆祖宏、何春鹏师生的研究论文，发现了文昌鱼盲囊是一种执行细胞内消化机制的消化器官，第一次以直接证据，证明细胞内消化机制在多细胞动物的真实存在，否定了流行170多年的肝盲囊理论。这是生物学史上一次重大的理论突破。细胞内消化方式通常被认为是单细胞动物特有的原始消化方式。学界普遍认为：多细胞动物以细胞外消化方式来消化食物。陆祖宏、何春鹏师生在10余年的脊椎动物肝脏、胰腺演化起源研究中，意外发现文昌鱼消化道（特别是盲囊部分）上皮细胞能够直接吞噬藻类等食物颗粒，并且能够对其进行有效的消化、吸收和利用。文昌鱼消化道上皮细胞通过强大的消化和免疫功能基因群，不但能够直接在细胞内部把藻类降解为氨基酸、寡肽、寡糖、寡核苷酸、脂肪酸、维生素和微量元素等营养物质，还能够有效降解藻毒素等有害物质，达到直接把藻类转化为可吸收、无毒害营养物质的目的。藻类的生态污染治理和有效利用一直是困扰全世界的科学难题。现有藻类处理方法成本高昂、技术路径曲折，实用性差。该论文报道的研究成果不仅加深了人们对脊椎动物的演化起源的认识，而且为藻类环境污染治理，藻类生物质的综合利用等指明了方向，如把藻类转化为饲料原料等应用。该成果将在生态环境治理、饲料产业结构等相关领域产生颠覆性变革。