科学家突破性成果,成功研制非天然辅酶合成酶

这是一个非常令人兴奋的科学进展！科学家们成功研制出能够合成"非天然辅酶"的"合成酶"（通常指能够催化非天然辅酶前体合成的酶或酶系统）。
这里的关键点是：
1. "非天然辅酶 (Non-natural Coenzyme):" 指的是那些自然界中不存在，但可以被生物体（或其部分）利用或改造来执行特定生物化学功能的分子。它们可以用来扩展生物催化或生物合成的能力。 2. "合成酶 (Synthase/ Synthetase):" 在这个语境下，通常指能够催化合成特定分子（在这个例子中是非天然辅酶）的生物大分子，主要是酶。这类酶负责将前体分子组装成复杂的辅酶结构。 3. "研制出...合成酶:" 意味着科学家们通过基因工程、蛋白质工程或其他生物技术手段，设计、改造或构建了新的酶，使其能够启动并完成非天然辅酶的合成过程。
"这项研究的意义可能包括："
"扩展生物合成能力:" 使生物体能够生产自然界中不存在的化合物，例如具有特定药理活性或工业用途的分子。 "克服天然辅酶的限制:" 天然辅酶的产量、获取成本或功能可能有限，非天然辅酶或其合成途径可能提供更优的解决方案。 "基础生物学研究:"

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近日，中科院大连化学物理研究所研究员赵宗保团队在非天然辅酶研究领域取得新进展，研制出烟酰胺胞嘧啶二核苷酸（NCD）合成酶和NCD自给型微生物细胞，并成功用于构建高选择性物质代谢途径。相关研究成果发表在《自然—通讯》上。

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）是细胞内不可或缺的辅酶，广泛参与代谢等过程，因此改变NAD水平导致的生物学效应难以预测。为突破调控天然辅酶的局限，赵宗保团队致力于基于非天然辅酶的合成生物学研究。

该研究以烟酸单核苷酸腺苷酰转移酶为模板，半理性设计并改造其底物烟酸单核苷酸和腺苷三磷酸的结合口袋，获得偏好烟酰胺单核苷酸（NMN）和胞苷三磷酸（CTP）的突变体，即NCD合成酶（NcdS）。该团队在大肠杆菌中表达NcdS，实现利用内源的CTP和NMN合成NCD；通过强化前体合成步骤，胞内NCD含量可超过天然辅酶，达到5.0毫摩尔/升，获得NCD自给型平台菌株。此外，该团队还通过表达NCD偏好型苹果酸酶和D—乳酸脱氢酶，实现NCD介导的L—苹果酸高选择性转化为D—乳酸。

该工作为细胞内合成非天然辅酶奠定了基础，为后续合成生物学和化学生物学研究提供了参考。（卜叶 王雪颖）

相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41467-021-22357-z

来源： 中国科学报