Nyopdaget enzym bruger en usædvanlig mekanisme til at generere et molekyle med en forfærdelig lugt

Nyopdaget enzym anvender en usædvanlig mekanisme til at generere et molekyle med en forfærdelig lugt i øjnene

Det ildelugtende molekyle, der giver husdyrgødning sin frastødende stank, er blevet sporet til dets kilde. A*STAR-forskere og deres kolleger har identificeret det enzym, som visse tarmbakterier bruger til at producere skatol, en karakteristisk komponent af fækal aroma. Opdagelsen kan potentielt bruges til at hjælpe med at fjerne stødende lugte fra dyreavl, og det kan endda have konsekvenser for at forbedre menneskers sundhed, siger forskerne.

Skatole er så potent, at den menneskelige næse kan registrere den i luften ved en koncentrationstærskel på kun 0,00056 ppm. Bakterier, der lever i dyrs tarm, inklusive mennesker, producere skatol ved at nedbryde indolacetat, som i sig selv er et nedbrydningsprodukt af tryptofan, en aminosyre fra kostens protein. Det bakterielle enzym, der omdanner indoleacetat til skatol, er aldrig blevet identificeret, selvom de enzymer, der nedbryder beslægtede aromatiske aminosyremetabolitter, er kendte.

Nu, det skatol-producerende enzym er blevet identificeret af et internationalt forskerhold, ledet af Huimin Zhao, fra A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences. "Vi er interesserede i at identificere nye enzymkatalyserede kemiske reaktioner i naturen, og udforske de tilsvarende enzymer til praktiske anvendelser, "sagde Zhao.

Holdet brugte sammenlignende genomik til at identificere det ansvarlige enzym. "Vi var så heldige, at genom-sekvenserne af to skatolproducerende bakterier allerede var tilgængelige i offentlige databaser, " tilføjer Yifeng Wei, et medlem af Zhaos team hos A*STAR. Forskerne sammenlignede generne fra de to bakterier, leder efter ukendte enzymer, som begge arter besad, relateret til enzymer, der vides at nedbryde andre aromatiske aminosyremetabolitter.

Holdet identificerede hurtigt et kandidatenzym i de genetiske data, og et biokemisk assay bekræftede, at det forvandler indolacetat til skatol. Væk fra tarmens iltfrie miljø, indolacetat-decarboxylase-enzymet krævede omhyggelig håndtering. "Den mest udfordrende del af dette projekt - hovedsageligt udført af vores samarbejdspartnere på Tianjin University var den biokemiske karakterisering af det oxygenfølsomme enzym, "Siger Zhao. For at sikre, at den forblev aktiv, enzymet skulle opbevares og håndteres i en handskerum, under iltfrie forhold, på alle tidspunkter.

Identifikation af indolacetatdecarboxylase har mange potentielle praktiske anvendelser, Siger Zhao. Enzymets genetiske sekvens kan bruges som markør til at identificere skatol-producerende organismer. "Når det er identificeret, der kan tages skridt til at eliminere eller erstatte disse organismer, eller at skabe forhold, der undertrykker deres specifikke skatol-producerende stofskifte, " siger Zhao. Anvendelserne strækker sig langt ud over landbruget. "Vi har bemærket, at dette enzym er til stede i visse sekventerede humane orale bakterier, som kunne give mulighed for at behandle visse aspekter af dårlig ånde, " tilføjer Wei. De myg, der bærer menneskelige sygdomme såsom japansk hjernebetændelse og West Nile-virus, er også kendt for at blive tiltrukket af skatol.

Komparativ genomik har potentialet til at identificere mange andre enzymer med usædvanlig kemi og biokemi, Siger Zhao. "Der er adskillige metabolitter produceret af anaerobe bakterier, især tarmbakterier, der kun kan produceres ved usædvanlig og endnu uidentificeret enzymkemi, " siger han. Tarmen, et iltfrit anaerobt miljø, er potentielt en rig kilde til enzymer, der besidder unik biokemisk reaktivitet, der involverer stærkt reaktive 'frie radikaler' mellemprodukter.

"Som biokemikere vi er vant til at tænke på organiske molekyler, hvor alle elektroner er parret, " siger Zhao. "Men visse reaktioner opnås lettere gennem kemiske arter med uparede elektroner - det vil sige frie radikaler." Disse reaktive arter er ofte følsomme over for ilt, men det er ingen hindring i tarmen.

Holdet planlægger derefter at studere fri-radikalmekanismen til indolacetatdecarboxylering mere detaljeret, og karakterisere andre enzymer i den skatol-producerende metaboliske vej, Siger Zhao. "På lang sigt, vi planlægger at fortsætte med at opdage ny enzymatisk fri radikalkemi i miljømæssige og menneskelige tarmbakterier."