27-羟基胆固醇抑制肝细胞甲羟戊酸和糖酵解途径的蛋白质组学分析揭示新型多胺代谢进化机制

研究人员针对细菌多胺代谢途径的进化机制展开研究，通过功能鉴定和生化分析，发现了一类新型非经典N-羧基腐胺酰胺水解酶AguY，其与经典AguB非同源但催化效率相当，揭示了多胺生物合成中趋同进化的普遍性及VI型分泌系统毒素Tse8的起源，为微生物代谢网络进化提供了新见解。

　　

在生命演化的长河中，微生物通过精妙的代谢创新不断适应环境挑战。多胺作为普遍存在的有机阳离子，其合成途径的多样性一直是进化生物学的热点。尤其引人注目的是，从精氨酸到腐胺的转化存在多条独立进化的路径，包括直接水解和间接脱羧等机制，但其中仍存在未被解析的进化拼图。

美国德克萨斯大学西南医学中心生物化学系（University of Texas Southwestern Medical Center, Department of Biochemistry）的Bin Li、Hamid R. Baniasadi等研究人员聚焦于γ-变形菌Shewanella oneidensis和放线菌Microterricola gilva中一类特殊的N-羧基腐胺酰胺水解酶（NCPAH）。通过基因组分析发现，这些菌株虽缺乏经典AguB同源酶，却含有与AguA基因相邻的未知功能酰胺酶基因。研究团队通过构建大肠杆菌BL21^ΔspeB突变体，结合LC-MS/MS代谢物检测，证实这类命名为AguY的酶能高效催化N-羧基腐胺转化为腐胺，其催化效率（k_cat/K_m）最高可达经典AguB的7.8倍。

研究采用合成生物学策略构建重组质粒，通过异源表达和蛋白质纯化获得AguY酶；利用LC-MS/MS定量未衍生化代谢物；采用吲哚酚蓝法测定氨释放以分析酶动力学；结合最大似然法构建系统发育树解析进化关系。

基因组证据揭示新型非经典N-羧基腐胺酰胺水解酶

在S. oneidensis MR-1基因组中，研究人员发现AguA基因下游编码的568个氨基酸的酰胺酶（WP_011071177）与经典AguB无同源性，但其基因共定位模式在α/β/γ-变形菌和放线菌中广泛存在，暗示其可能参与腐胺合成或胍丁胺分解代谢。

非经典N-羧基腐胺酰胺水解酶的生化证据

共表达实验显示，S. oneidensis AguY能使N-羧基腐胺积累量降低200倍，与P. aeruginosa AguB（降低10倍）相比表现出更强活性。体外实验进一步证实，纯化的AguY酶在50 nM浓度下即可高效生成腐胺。

酶动力学分析揭示高效催化特性

M. gilva AguY的K_m值（0.07 mM）显著低于其他酶，催化效率达641,800 M^-1s^-1，表明其对底物具有超高亲和力。这种特性可能与其在低营养环境中的适应性相关。

Shewanella物种中的代谢通路分化

比较基因组显示，部分Shewanella物种（如S. electrica）保留经典AguB，而S. amazonensis等则依赖AguY。值得注意的是，某些菌株同时编码胍丁胺酶和AguY，暗示其可能分别负责内源合成和外源胍丁胺分解。

VI型分泌系统毒素Tse8的进化起源

系统发育分析表明，P. aeruginosa的毒素蛋白Tse8与AguY聚类，提示其可能由AguY进化而来。结构比对发现Tse8与古菌谷氨酰胺酰胺水解酶GatA相似，为理解毒素蛋白的分子创新提供了新视角。

这项研究不仅发现了多胺代谢中趋同进化的新例证，更揭示了微生物通过基因水平转移和酶功能创新适应环境压力的动态过程。AguY的发现为理解VI型分泌系统毒素的进化起源提供了直接证据，其高效催化特性也为工业生物催化提供了潜在工具酶。该成果发表于《Biochemical Journal》，凸显了古老代谢网络在微生物竞争与共生中的持续进化活力。