产甲烷古菌水解酶揭示古菌肽聚糖结构

《Nature》：A methanogen hydrolase reveals the structure of archaeal peptidoglycan

　　摘要肽聚糖（PG）是细菌细胞壁中近乎普遍存在且至关重要的组成部分，也是主要的抗菌靶点。虽然古菌通常不含肽聚糖，但数十年来，人们已在主要的产甲烷古菌类群中描述了一种类似肽聚糖的多糖（假聚糖或古菌肽聚糖），然而由于缺乏专门的分析工具，对其表征一直较为有限。在本文中，我们鉴定并表征了来自*smithii*的ArmA，这是一种人类肠道微生物组中占主导地位的成员，它是第一种特异性作用于古菌肽聚糖的糖苷水解酶。通过ArmA介导的消化作用，揭示了一种出乎意料的架构，从而修正了古菌肽聚糖的现有模型。其糖链骨架由N-乙酰氨基葡萄糖/N-乙酰半乳糖胺与一种此前未被描述的糖——我们将其命名为N-乙酰阿莫糖（*N*-acetylarmosamine）——相连接。糖链交替具有β(1,4)和β(1,3)糖苷键，而茎肽通过酰胺键与N-乙酰阿莫糖的琥珀酰基团相连。ArmA具有双重酶活性，可同时切割糖苷键和肽交联。系统发育分析表明，ArmA同源蛋白仅存在于含有肽聚糖的古菌中，我们确认其在多种产甲烷菌中具有活性。我们进一步证明ArmA是完成胞质分裂所必需的，它会在细胞分裂位点切割古菌肽聚糖。综上，这些发现颠覆了长达50年的古菌肽聚糖结构范式，并确立了ArmA作为一种与细菌中肽聚糖水解酶（lysozyme/muramidase）作用类似的关键工具，使得我们能够对产甲烷菌细胞壁生物学进行生物化学和遗传学研究。最后，鉴于产甲烷菌在生态和生物技术方面的重要性，我们的研究结果开辟了新的靶向干预途径。