十年努力，Nature发布突破性蛋白质新技术

　　

生物通报道 来自加州大学圣地亚哥分校的化学家们开发出了一种新方法，第一次为科学家们提供了以可重复循环将化学标记附着到蛋白质上，并随后移除它们的能力。

他们的研究论文在线发表在本周的《自然方法》（Nature Methods）杂志上，这一研究成果将使研究人员更好地了解天然形成蛋白质的生物化学从而创造出更好的抗生素、抗癌药物、生物燃料和其他天然产品。此外，它还为科学家们提供了可用于活细胞中纯化和追踪蛋白质的新试验工具。

这是加州大学圣地亚哥分校化学与生物化学教授Michael Burkart实验室研究人员付出10年努力所获得的成果，他们建立的这种新方法可将化学标记附着到蛋白质上的特异位点，并选择性移除它。这种灵活性使得研究人员可用多种不同的功能性附件来研究蛋白质，提供了类似生化瑞士军刀的多能性。这一技术的优势在于其附件的广泛灵活性。其中的每个附件可用于不同的目的和生物学研究。

Burkart实验室的研究目标是更多地了解脂肪酸代谢生化信号通路以及其他天然产物的生物合成。其中一个项目侧重于改造藻类以生成改良的生物燃料。科学家们在这方面付出努力希望能最大限度生成高质量的海藻油，可用于补充或替代现有的化学燃料。

Burkart 说：“在脂肪酸代谢中，脂肪酸从一臂生长出，最终缠绕并开始与代谢蛋白质发生互作。我们想知道生长的脂肪酸在开始与蛋白质结合前达到了多长？”

Burkart和他实验室的化学家们找到了一种方法利用来自常见菌铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的磷酸二酯酶来移除这一代谢蛋白的化学标记。随后再附着一种脂肪酸类似物重新构建蛋白质复合物至它的天然状态。通过一次又一次地重复这一过程，并用核磁共振谱（NMR）在不同代谢阶段检测脂肪酸中的分子改变，科学家们以一种从前无法做到的方式详细记录了脂肪酸代谢的生物化学信号通路。

Burkart说：“没有这一工具，我们真的只有有限的方法来研究这些基础代谢过程的动态。它为我们开启了详细研究藻类共享的脂肪酸生物合成的大门，如果你想设计方法来提高藻类生成油量，或在藻类中生成更适合生物燃料的不同种类的油分子，这是你必须要了解的。”

加州大学圣地亚哥分校的化学家们还利用NMR证实了化学移除和附加化学探针的过程并没有以任何方式降解或改变蛋白质。“我们证明我们可以反复这样做，至少4次或5次，没有任何蛋白质降解。蛋白仍然非常稳定，且很容易研究，”Burkart.说。

由于这些相同的代谢过程为许多天然产物的代谢所共享，包括抗癌药物、抗生素和天然杀虫剂，Burkart说这一新工具应在天然产物化学实验室具有广泛的应用。

他说：“这些基本的生化信号通路我们仍然不完全了解。我们现正在了解这些基本生物合成酶的运作机制。大部分的药物来自天然产物，且未来许多的药物可来自这些信号通路。现在科学家们对于合成生物学具有极大的兴趣，利用这些信号通路来生成新的抗生素或新抗癌药物。它们都是受到这些相同类型的相互作用调控。”

加州大学圣地亚哥分校的化学家们说他们的这种给蛋白质标记及移除化学探针的方法应该作为一种普通的实验室工具具有广泛的应用，显像和追踪活细胞中的蛋白质，以及操纵细胞外的蛋白质。

Burkart说：“一个可附着标签，如生物素，使蛋白质能够被纯化。另一个可以剪除标签，附着上一种荧光分子监控蛋白质与其他分子伴侣的互作。该方法还可用于研究活细胞，例如观察整个细胞生命周期蛋白质表达水平。我们可以看到它作为一种可能的应用。”

国立卫生研究院国立综合医学科学研究所（为该研究提供部分资金）Barbara Gerratana说：“Burkart博士的新标记技术为科学家们提供了一种前所未有的方式探索与自然产物生物合成相关的复杂催化机制。该技术将帮助科学家们利用这些天然的生化信号通路来合成包括基础生物医学研究和药物发现在内等广泛领域中应用的新型分子。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Reversible labeling of native and fusion-protein motifs

The reversible covalent attachment of chemical probes to proteins has long been sought as a means to visualize and manipulate proteins. Here we demonstrate the full reversibility of post-translational custom pantetheine modification of Escherichia coli acyl carrier protein for visualization and functional studies. We use this iterative enzymatic methodology in vitro to reversibly label acyl carrier protein variants and apply these tools to NMR structural studies of protein-substrate interactions.