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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:

磷酸盐对生物体的发展发育特殊重要，但在极少境遇中可利用的无机磷源有限。脱碳磷酸盐是一类含有直接的C-P键的有机化合物，在境遇中广泛存在。此中2-氨基乙基磷酸「AEP」是习见的一种天然脱碳磷酸盐。良多细菌具有通过特异的“水解”道路降解AEP的能力，以获取磷源「图1」。

最习见的环境下，AEP水解降解路线从转氨酶PhnW催化的AEP向磷酰乙醛「PAA」的转化响应开始。然后，PAA经过磷酰乙醛水解酶PhnX水解天生乙醛和无机磷酸盐「图1A」。在另一条路线中，PAA被脱氢酶PhnY转化为磷酸乙酸，然后由酶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特殊狭小，只能降解AEP自己。考虑到AEP相关化合物N-甲基AEP「M1AEP」很常见，本查究人员推测一些协助酶能够会有此活性，是以M1AEP引入AEP水解途径中。

实验部分:

AEP水解相关基因簇中发现编码FAD依赖氧化还原酶的基因非常常见。这些酶至少可以归于PbfB、PbfC和PbfD三个亚组。重组表达并纯化了来自分歧亚组的代表性酶后进行表征，发现这些酶都可以M1AEP氧化为PAA「图2」。

PAA然后可继续进入后续的AEP水解途径，终极释放出无机磷酸盐。PbfC酶展现出高度区域采取性，不能作用于未甲基化的AEP。另一方面，PbfD酶能以附近的效率氧化M1AEP和AEP「图3」。

总结与讨论：

1. FAD酶扩大了AEP水解途径的应用范围，这些酶允许细菌利用AEP干系化合物，提高对多种营养源的适应性。

2. 不同FAD酶功能的不同适应不同细菌需求，如PbfC酶高专一性符合不必要降解AEP的细菌;PbfD酶符合缺少PhnW的菌种。

3. FAD酶基因的水平通报，这些补助酶编码基因能够与AEP水解核心基因沿途在细菌之间通报，拼装成适应差别境况的代谢模块。

4. 对AEP微生物代谢网络的新认识，AEP水解途径显示出高度的模块化和可重组性，可遵守境遇需求组合生成差异途径。

5. 对细菌营养和情况适应性的启示，发觉的酶可促进细菌对多种营养源的利用，提高生存逐鹿力。

本考究通过组合生物信息学和测试主意的策略，发现了一类可扩展AEP水解网络的FAD依赖氧化还原酶。这些酶增强了细菌对AEP关联营养源的利用，为细菌的境遇适应供应了大的机动空间。考究提出的AEP水解道路拼装模式为进一步知道微生物代谢供应了新视角。

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

作者：迪迦