硒元素可能比我们想象的更具有生物学上的重要性

普林斯顿大学的研究人员发现了一个将硒纳入微生物小分子的生物合成过程，这标志着首次在天然产品中检测到这种原子，并为硒生物学提供了新的可能性。这些发现还意味着，硒，一种在所有生命王国中发现的必需的微量元素，在细菌中可能具有比科学家以前认为的更重要的生物作用。

这些发现发表在《自然》杂志上，作者是Chase Kayrouz、Jonathan Huang、Nicole Hauser和Mohammad SeyedsayAMDost。

硒的生物合成途径

这幅插图显示了将Se纳入微生物小分子的生物合成途径，这表明细菌中存在一个未开发的"化学空间"，现在可以开采新型天然产品。资料来源：《自然》杂志

"这是个封闭的领域。20年来，没有人发现硒代谢的新途径，"Kayrouz说。"硒蛋白和硒核酸的生物合成是在80年代和90年代被阐明的。从那时起，人们就认为这些是微生物利用硒做的唯一事情。我们只是想知道它们是否会将硒纳入其他小分子中？事实证明，它们确实如此。"

Seyedsayamdost说："我们的工作表明，大自然确实已经进化出了将这种元素纳入小分子、糖类和次级代谢物的途径。硒具有显著的特性，与生物大分子中发现的任何其他元素不同。例如，硒与硒酮的结合使其成为一种比硫磺版分子更好的抗氧化剂。但是，虽然硫在生物大分子中无处不在，但硒的出现却要少得多，而且被认为仅限于生物聚合物。"

他继续说："大自然已经进化出了将硫或硒纳入天然产品的特定机制，从而通过各自特有的途径来利用这两种元素的独特特性。"

Chase Kayrouz，普林斯顿化学学院Seyedsayamdost实验室的四年级研究生，本周发表的《自然》论文的第一作者。

寻找硒

研究人员在开始调查时假设，由于硒原子在其他地方的广泛使用，它们应该出现在天然产品中。他们想知道这样的特征在微生物基因组中可能是什么样子的。

"如何真正看到一种新的药物或天然产品或硒代谢物在哪里，如何找到它？"Kayrouz说。"我们通常寻找生物合成基因簇--染色体上编码这种分子的生物合成的基因组。因此，如果我们有一条制造含硒化合物的途径，它必须由基因编码。"

他们实施了一个基因组挖掘策略，寻找在selD旁边发现的基因，selD编码了细胞内所有已知硒过程的第一步。

很快，他们发现了一个与selD共同定位的基因--senB--引起了他们的注意，特别是因为它之前没有被牵涉到硒代谢中。

进一步检查发现了第三个共同定位的基因，称为SenA。Kayrouz推测，这三个基因可能参与了一个新的硒生物合成途径。

"首先，我们定义了纳入硒的生物合成基因簇会是什么样子，"Seyedsayamdost说。"然后我们使用生物信息学来寻找这样的基因，并在不同的微生物基因组中确定了我们现在所说的'sen集群'"。他们能够在大肠杆菌中表达这些新基因中的每一个，从而在试管中组装出整个途径。这揭示了两种含硒小分子的产生--一种硒糖和一种叫做硒酮的分子。它还揭示了两种形成碳-硒键的酶，这是第一个作用于生物小分子的此类酶。

Kayrouz说："微生物将硒放入这些化合物是有原因的，所以一定有一些有趣的生物活性与它们相关。"我们还不知道那是什么，但这是非常令人兴奋的。作为生物化学家，像这样的发现是我们每天醒来的目的。"