分享一篇发表在Nature上的文章：An alternative broad-specificity pathway for glycan breakdown in bacteria，通讯作者是英属哥伦比亚大学的Stephen G. Withers教授，他们课题组主要研究催化糖苷键生成和断裂的酶的机制。这篇文章中作者新发现了细菌中存在的一种广谱性的水解糖苷键的机制。
糖类是生命体必不可少的关键物质，因此细胞进化出了种类丰富且高效的糖苷酶来实现对特定结构糖苷键的选择性切断。绝大多数糖苷酶的催化过程都遵循着”Koshland”机制，即通过碳正离子的过渡态来在一步内完成水解过程，为了保证催化过程的高效性，这些糖苷酶通常与其底物紧密结合，因此它们也对底物的结构具有很高选择性。作者推测，细胞内可能还存在着选择性更弱，从而能够帮助降解更广泛底物结构的糖苷键水解机制，因此作者计划从人肠道微生物的宏基因组中展开探索。作者使用7个不同结构的连有荧光报告基团的硫代糖苷作为底物，对人类肠道微生物的宏基因组文库进行了筛选，这些硫代糖苷无法被经典的糖苷水解酶水解，同时它们在被水解之后能够产生荧光从而指示水解酶活性，经过筛选和测序后作者最终找到了12个能够水解至少一种硫代糖苷的靶标。作者从中选取了其中两个进行了后续的详细研究，其中之一来自于Alistipes菌株，其编码的五个蛋白AL1-5与此前报道的具有水解硫代糖苷活性的B. thetaiotaomicron中的蛋白BT1-4非常相似，因此作者对这些蛋白进行纯化并进行了体外酶活测试。作者发现，BT1-4能够共同催化β-硫代葡萄糖苷和α-硫代甘露糖苷，而AL1-4能够水解α构型的葡萄糖苷以及甘露糖苷。由于这一基因簇中包含氧化还原酶，作者结合其课题组此前的发现，推测这一水解过程中包括AL3/BT3催化下产生3-羰基糖中间体，从而提升C2位氢的酸性，最终通过消除的机理来完成糖苷键水解。作为验证，作者向体系中外加3-羰基糖来将AL3/BT3由还原态转化为氧化态，能够将底物的水解速率提高100倍。作者进一步通过1HNMR对每一个酶的功能进行了单独研究。作者确定了AL3/BT3的确能够直接催化糖苷底物氧化产生3-羰基糖苷，AL1/BT1能够催化β构型的3-羰基糖苷的消除反应，AL2/BT2则催化α构型的消除。对于消除后双键的水合反应，AL2/BT2的活性要明显高于AL1/BT1，这些结果说明整个水解过程包括AL3/BT3催化下3位羟基的氧化、AL1/BT1或1L2/BT2催化下的消除、AL2/BT2催化下双键的水合，以及最后AL3/BT3催化下3位羰基的还原。最后作者通过晶体结构对这些酶的催化机制进行了解释，作者还测试了这种水解机制对其它糖苷类型的普适性，并发现其能够水解不同构型、不同糖型以及非氧原子连接的糖苷键，说明这一机制可能是细菌降解类似化合物的普适性机制。总之，这篇文章发现了细菌通过对糖的3号位进行氧化，随后消除、水合、再还原从而实现广谱性的糖苷键水解的新机制。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07574-y文章引用：10.1038/s41586-024-07574-y
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