大家好,推荐一篇发表在Nature Chemical Biology上的文章,题目是“Functional metagenomic screening identifies an unexpected β-glucuronidase”。通讯作者是剑桥大学的Florian Hollfelder教授。该课题组的研究方向是探究分子识别过程中的化学和生物学。

酶是高效、可持续的生物催化生产线的重要成分,酶也可以作为生物制剂,用于医疗和营养方面。然而,目前已知的酶的集合不包括所有理想的活性,所以加快发现新的酶是势在必行的。目前发现新酶的方法,主要是在大量的宏基因组数据中,利用序列同源性进行活动预测,例如,MGnify数据库(https://www.ebi.ac.uk/metagenomics/)是表征密切相关酶的有力工具,在综合性数据库(如BRENDA2, https://www.brenda-enzymes.org/和CAZy3, http://www.cazy.org/)中可用的功能性注释只捕获了我们可用的酶的一小部分。

这种基于序列同源性发现新酶的方法,忽略了那些序列与现有酶不相似,但具有催化活性的酶。事实上,可用的序列信息的数量比特征酶的数量增长得快得多,这就提出了一个问题,即如何在未开发的序列中找到功能注释的新方法。

功能宏基因组学为基于序列探索此类隐藏活动提供了另一种选择:通过检测实际催化转化率作为读出值来进行酶功能的实验筛选,是不依赖序列同源性确定功能的最直接方法。然而,这种方法需要巨大的实验投入,筛选的序列通量低,一般在10^4 - 10^5。液滴微流体技术可以大幅提高筛选通量(一天10^8个液滴),此外,液滴的皮升分析体积使得酶筛选极其经济。在这种实验方法中,油包水液滴作为微型反应室,并保持基因型表型连锁。活性催化剂是通过光学读出,随后通过芯片或流式细胞仪分类和进行编码基因检测。此前有文献报道了非自然反应的酶,磷酸三酯水解,已经通过芯片上的液滴微流体在宏基因组文库中鉴定。在这项工作中,作者探索了该方法在注释自然反应序列方面的潜力。

本篇文章作者的目标是水解O-linked β-linked葡萄糖醛酸,该糖酸普遍存在于各种植物,藻类,细菌,哺乳动物。目前已知的细菌β-葡萄糖苷酸酶(E.C. 3.2.1.31)是葡萄糖苷水解酶家族(GH)的成员。作者好奇是否还有其他细菌β-葡糖醛酸酶存在于其他地方,而传统的基于序列的同源性搜索无法揭示,因此,作者通过超高通量功能宏基因组学来发现新的β-葡糖醛酸酶。

为此,作者筛选了一个百万成员的β-葡糖醛酸苷酶活性宏基因组文库,并发现了一新的β-葡糖醛酸苷酶。这种通过宏基因组液滴筛选的新酶筛选方法,为探索酶宇宙提供了其他方法无法实现的功能注释潜力。

本文作者:YSL

责任编辑:WXH

全文链接:https://www.nature.com/articles/s41589-022-01071-x

文章引用:DOI: 10.1038/s41589-022-01071-x

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