大家好，本期為大家帶來的是Nature集團旗下的子刊Nature Communications，專門發表生物學、物理學和化學等各領域的高質量研究論文，2021年的影響因子為17.694.
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The evolutionary advantage of an aromatic clamp in plant family 3 glycoside exo-hydrolases
植物糖苷外切水解酶3家族中芳香鉗的進化優勢
在大麥 β-D-葡聚糖葡糖水解酶（一種糖苷水解酶家族 3 (GH3) 酶）中，Trp286/Trp434 鉗確保 β-D-葡糖苷結合，這是植物生長和發育過程中底物水解的基礎。作者採用突變、高解析度 X 射線晶體學和多尺度分子建模方法來研究在 GH3 水解酶中操作的底物產物輔助加工催化過程中異構 β-D-葡萄糖苷的結合和構象行為。酶動力學表明 W434H 突變體保留了廣泛的特異性，而 W434A 則為嚴格的 (1,3)-β-D-葡萄糖苷酶。對納米級反應物運動的研究表明，持續合成能力對色氨酸鉗的突變特異性改變很敏感。雖然野生型和W434H利用側空腔進行葡萄糖置換，並使（1,3）連接的水解產物在沒有解離的情況下通過催化位點滑動，這與它們的高水解速率一致，與其高水解速率一致，但 W434A 不採用持續催化。GH3 水解酶的系統基因組分析揭示了色氨酸鉗的進化優勢，它具有廣泛的特異性、高催化效率和加工能力。
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Screening microbially produced Δ9-tetrahydrocannabinol
using a yeast biosensor workflow
使用酵母生物感測器工作流程篩選微生物產生的 Δ9-四氫大麻酚
微生物生產大麻素有望為重要的治療分子提供一致、廉價和更可持續的供應。然而，擴大生產以與傳統的植物來源競爭是一項挑戰。篩選和鑒定高產突變菌株是該工作的瓶頸。該研究中，作者提出了一種基於酵母的生物感測器，用於檢測微生物產生的 Δ9-四氫大麻酚 (THC)，以提高通量並降低篩選成本。作者將五種人類大麻素 G 蛋白偶聯受體 (GPCR) 移植到酵母中，顯示大麻素 2 型受體 CB2R 可以與酵母信息素反應途徑偶聯，並報告在廣泛動態和操作範圍內各種大麻素的濃度。作者證明大麻素生物感測器可以檢測微生物細胞培養物中的 THC，並將其用作測量 Δ9-四氫大麻酚酸合酶 (THCAS) 突變體庫的相對產量的工具。
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Biosynthesis of plant hemostatic dencichine in Escherichia coli
大腸桿菌中植物三七素的生物合成
三七素是一種植物衍生的天然產品，具有多種藥理作用。目前，其天然生物合成途徑仍尚不明確，對其異源生物合成提出了挑戰。該研究中，作者通過逆轉錄生物合成方法設計了人工途徑，並實現了三七素的從頭生產。首先，通過篩選和整合微生物酶來實現兩種直接前體 L-2，3-二氨基丙酸和草醯輔酶 A 的生物合成。其次，通過在密碼子優化基因中引入 28 個同義稀有密碼子以減慢其翻譯速度，顯著提高了作為最後一種也是唯一一種植物來源途徑酶的三七素合酶的溶解度。最後，對代謝網路進行了系統化設計以將碳通量引導至三七素生產，最終滴度達到1.29 g L-1，。這項工作為可持續生產三七素奠定了基礎，並代表了如何利用合成生物學產生非自然途徑來產生所需分子的一個例子。
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Enzymatic synthesis of benzylisoquinoline alkaloids using a parallel cascade strategy and tyrosinase variants
使用平行級聯策略和酪氨酸酶變體酶促合成苄基異喹啉生物鹼
苄基異喹啉生物鹼衍生藥物在現代醫藥廣泛應用。最近對苄基異喹啉微生物生產的研究強調了這些天然產物的關鍵生物合成。天然苄基異喹啉的路線探索較少，尤其是更具挑戰性的鹵化化合物。該研究中，作者展示了使用酪氨酸酶、酪氨酸脫羧酶、轉氨酶和去甲烏葯鹼合酶，它們在平行級聯設計中組合，以產生高對映體過量的鹵代苄基異喹啉生物鹼。值得注意的是，誘變研究被應用於產生酪氨酸酶突變體，從而提高鹵代酪氨酸在所開發的生物催化級聯中使用的接受度。
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Kinetic compartmentalization by unnatural reaction for itaconate production
利用非自然反應進行動力學分區以生產衣康酸
在真核生物中使用膜細胞器對代謝進行物理劃分有助於化學生物合成，以確保競爭性代謝反應中底物的可用性。細菌宿主缺乏這樣的膜系統，這是高效代謝工程的主要限制之一。該研究中，作者採用動力學分區，通過工程酶引入非天然酶促反應作為替代策略，通過代謝途徑的動力學分離，從競爭反應中獲得底物。作為概念驗證，作者從大腸桿菌的三羧酸循環中動態分離出衣康酸合成途徑，該循環由土麴黴的線粒體膜自然分離。具體而言，2-甲基檸檬酸脫水酶經過工程改造，可交替催化檸檬酸和動力學固定的順烏頭酸，從而使用高通量篩選系統進行高效生產。動力學分區可以顯著提高衣康酸的產量，其策略具有廣泛應用的潛力。
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Elucidation of divergent desaturation pathways in the formation
of vinyl isonitrile and isocyanoacrylate
乙烯基異腈和異氰基丙烯酸酯形成中不同去飽和途徑的解釋
鐵和 2-氧戊二酸依賴性 (Fe/2OG) 酶採用兩種不同類型的去飽和來構建在含異腈的天然產物中發現的乙烯基異腈和異氰基丙烯酸酯部分。與底物結合的蛋白質結構揭示了一種影響去飽和度的合理策略，並暗示了這些酶的底物混雜。合成類似物並用作機械探針以驗證結構觀察結果。與之前提出的通過羥基化中間體不同，使用一種可能的碳正離子來觸發 C=C 鍵安裝。這些 Fe/2OG 酶還可以適應具有相反手性和不同官能團的類似物，包括異腈-(D)-酪氨酸、N-甲醯基酪氨酸和泛酸，同時保持反應選擇性。
