由细菌酶制成的新发现的生物聚合物

Azom与Spence MacDonald博士讲话abozymes关于他发现了一种新型的生物聚合物Acholetin，它是从细菌酶合成的。

请您介绍自己和您的专业背景吗？

我在不列颠哥伦比亚大学的斯蒂芬·威瑟斯（Stephen Withers）实验室中担任生物化学家。在整个研究生院里，我的研究主要集中在发现可用于从廉价起始材料中合成碳水化合物材料的新酶。亚博网站下载这项研究的一个组成部分涉及开发高通量方法，这些方法可以从不同的生物样品中得出的大型DNA文库中鉴定出所需的酶活性。

这项工作导致了一些新酶的发现，令我们惊讶的是，这是一种以前未知的基于碳水化合物的生物聚合物，我将其命名为Acholetin！

从那以后，我完成了博士学位。并继续与我以前的博士学位成立一家公司（Abozymes）。基于实验室中发现的酶技术的主管和同事能够将基于碳水化合物的ABO血液组抗原转换为通用供体类型。从某种意义上说，我现在正在努力使血型过时。

什么是生物聚合物，它们通常如何形成？

简而言之，生物聚合物是起源生物学的聚合物，聚合物本身是由许多重复亚基（称为单体）组成的物质。通常，生物聚合物合成是通过细胞表面或表面上高度特定的酶进行的。人们最有可能熟悉的最常见的生物聚合物是DNA，它是由核酸重复单位组成的大分子。

蛋白质是另一个常见的例子，由重复的氨基酸组成，但是鉴于我的研究背景，我最熟悉基于碳水化合物的生物聚合物（多糖），例如纤维素和壳蛋白，分别代表了地球上最丰富和第二大的生物聚合物，分别代表了地球上最丰富的生物聚合物。

酶在多糖和生物聚合物合成中的作用是什么？

酶是执行多糖和生物聚合物合成过程的生物实体。或更确切地说，在多糖的情况下，酶会催化糖苷键的形成，或将单体亚基连接在一起的共价化学键，从而形成链结构。

相对较大的碳水化合物单体前体和一系列可能的链接意味着，与它们的核和氨基酸对应物相比，多糖可以采用更广泛的结构和功能。然而，随着它们的多功能性增加了复杂性，导致了对碳水化合物作用的较宽酶，每种酶都针对严格的链接和底物组合。

值得庆幸的是，对于研究这些酶的人，设计了分类系统，称为碳水化合物活性酶数据库（CAZY），该酶描述了降解，修改或创建糖苷键的酶家族。似乎有一系列新的Cazy成员，甚至是全新的家庭都被添加到数据库中……那里仍然有很多吨。

是什么导致您测试细菌的酶Acholeplasma laidlawii？

作为一项较大研究的一部分，我们发现了新的酶，Acholetin磷酸化酶（或简称ACHP），该研究旨在表征一个超过一百个酶的合成基因文库，这些酶跨越了碳水化合物活性酶数据库中的五个家族。在为图书馆选择酶时，我们的主要目标是选择一个最大化功能多样性的代表性集，因此我们对基因起源的生物有些不可知。碰巧的是Achp基因Acholeplasma laidlawii在构建库时被选择。我不知道我们正在学习A. laidlawii酶直到我们开发其活性曲线后。

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您能否描述您发现已合成新的多糖的过程？

当我们第一次收到合成基因文库时，我们对其中代表的酶的功能了解甚少，顺便说一句，它们都是糖苷磷酸酶。为了了解更多信息，我们对图书馆进行了筛选，以各种单体前体进行筛选，然后研究哪种酶能够催化与哪些前体的糖苷键形成。

查看结果后，我们迅速专注于候选人，我们以后将其识别为ACHP，因为它正在催化糖的链形成n- 乙酰葡萄糖（GLCNAC）。我们最初希望我们发现了作用于几丁质的难以捉摸的糖苷磷酸化酶。几丁质是一种线性多糖，该多糖由GlcNAC亚基组成，该亚基通过一种称为β-1,4的糖苷键将其连接在一起。ACHP产品的结构分析表明，GlcNAC亚基是通过β-1,3键而不是β-1,4连接的。我们花了一点时间认识到，由β-1,3连接的GlcNAC组成的多糖尚未在科学文献中描述，并且我们发现了一种新的生物聚合物。

这种多糖及其性能是什么？

独特的是Acholetin的化学结构。GLCNAC能够通过β-1,6，β-1,4和β-1,3糖苷键形成β链接的均聚物。GLCNAC在化学上不可能进行β-1,2和β-1,5链接，而β-1,1链接的GLCNAC无法形成聚合物。β-1,4和β-1,6连接的GlcNAC聚合物众所周知Chitin和PNAG，后者是生物膜形成的关键毒力因子。

。我想你可以说包含acholetin代表的β-1,3链接缺少的链接？

有趣的是，其他常见的糖，葡萄糖，以聚合物形式存在于β-1,6（β-葡聚糖），1,4（纤维素）和1,3（β-1,3葡萄糖）中，每种都是常见的……因此1,3 GLCNAC聚合物确实是失踪的。

现在对Acholetin的物理特性发表评论为时过早，因为我们尚未在受控条件下研究它们。

该生物聚合物可以使用哪些应用？

现在已经知道还为时过早。我们目前只能推测。但是，我们可以研究使用其他多糖来了解Acholetin的潜力的各种应用。其中包括药物输送系统，治疗学，伤口敷料，用于组织工程的脚手架，3D生物打印或可生物降解的塑料替代品的组成部分，仅举几例。

一旦在实验室中建立了Acholetin的物理特性，我们应该对其潜力有更清晰的了解。

该生物聚合物的生产是否可伸缩？

是的，它是可扩展的。我设计了一种两步酶合成方法，该方法从1克GlcNAC产生了约350 mg的Acholetin。第一步利用了一种激酶酶，该酶将磷酸基团从ATP转移到GlcNAC以产生1-磷酸GLCNAC。第二步是使用上一步中产生的1-磷酸GLCNAC的ACHP合成ACHOLETIN。然后将酶促的混合物脱盐以产生纯acholetin。

您在该聚合物的合成和应用方面尚未克服任何局限性？

与可扩展性有关的当前限制是ATP起始材料的高成本。如果要在工业范围内生产Acholetin，则其成本较高。但是，如果有一种更便宜的方法来生产1-磷酸GLCNAC，则确实可以实现工业规模。这使我们回到了作用于几丁质上的难以捉摸的糖苷磷酸化酶，当我们开始这项研究时，我们一直在寻找。

这样的酶是理想的选择，因为使用这种酶可以从廉价的起始材料中产生充足的1磷酸GlcNAC供应：几丁质和磷酸盐。亚博网站下载我认为这种酶在本质上存在，我们只需要找到它即可。

由于持续的塑料污染危机，您认为生物聚合物对可持续的未来有多重要？

用可生物降解的生物聚合物制成的塑料替代品可能会改变游戏规则，以最大程度地减少废物产品的环境破坏。当这些塑料替代品最终进入垃圾填埋场或海洋时，它们最终会被一些饥饿的微生物食用，而不是在我们的环境中持续数百年。

这项研究中是否有任何部分令人惊讶或有趣？

我们着手通过针对一组已知底物测试其活动来找到新酶。我们不仅找到了一种新的酶，而且还发现了新的多糖底物……这并非每天都会发生。当然，这是一个惊喜。

您的研究的下一步是什么？

我们想分析Acholetin的材料特性，探索Acholetin的潜在应用，了解ACHP和ACHOLETIN的生物学作用，并发现该难以捉摸的几丁质磷酸酶。

读者在哪里可以找到更多信息？

链接到纸：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.1c01570

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关于Spence MacDonald博士

Spence MacDonald博士研究了不列颠哥伦比亚大学Stephen Withers的实验室的高通量酶发现。在他的博士学位Spence致力于开发转化研究以解决现实世界中的问题，这使他成为了共同创立的Abozymes生物医学。

网站：abozymes.com