肌肉蛋白肌聯(lián)蛋白一直以來被認(rèn)為是自然界最大的蛋白質(zhì)，由超過34，000個氨基酸組成，重達(dá)370萬道爾頓，但最近一篇發(fā)表于Science上的文章認(rèn)為，最大蛋白質(zhì)的王座可能要易位。
該研究團隊在一種名叫金藻（Prymnesium parvum）的藻類中發(fā)現(xiàn)了一組新的毒素制造酶，其中一種被命名為 PKZILLA-1 的酶在氨基酸數(shù)量上遠(yuǎn)超肌聯(lián)蛋白 1 萬多個。研究認(rèn)為金藻可能會利用這種超巨大酶來制造毒素蛋白質(zhì)，并將其分泌到水中，對魚類和人類健康都構(gòu)成威脅。
金藻
金藻是有害的附著鞭毛藻類，會引發(fā)大規(guī)模的環(huán)境性魚類死亡，是有害的赤潮藻類大量繁殖的常見原因之一。它們會產(chǎn)生一類聚酮聚醚毒素——prymnesins。2022年，位于歐洲中心區(qū)域（波蘭和德國）的奧得河出現(xiàn)了赤潮事件，prymnesins毒素就被認(rèn)為可能造成了360噸魚類死亡。
prymnesins是自然界中最大的非聚合物化合物之一，且其生物合成起源四十多年來一直是個謎。
圖：金藻赤潮的出現(xiàn)地，以及prymnesin的巨大結(jié)構(gòu)
不過選擇金藻作為研究對象也是無奈之舉，因為導(dǎo)致赤潮的另外一類主要藻類Dinoflagellates的基因組相比更大更復(fù)雜，金藻的基因組就相對簡單。
研究歷程
想要找到聚酮聚醚毒素，那就要在金藻的基因組中尋找到聚酮化合物合成(PKS)基因。
研究人員首先對金藻的基因進(jìn)行了測序，但是傳統(tǒng)的測序并沒能找到合適的PKS基因，這說明PKS基因可能并沒有他們開始想象得那么小，這是這些基因規(guī)避了檢測的原因。
因此他們尋求新的生物合成邏輯模型來發(fā)現(xiàn)基因。
早先確實有自動化方法在基因組內(nèi)識別基因，但是這種做法對于金藻來說可能容易出錯，為了確保沒有遺漏任何東西，研究人員通過數(shù)據(jù)庫手動運行這種潛在的PKS基因片段，他們最終撞上了好運。
研究人員先后發(fā)現(xiàn)了PKZILLA-1和PKZILLA-2兩組基因，這兩組基因的片段分散在整個序列數(shù)據(jù)中，研究人員先后花費了大量的時間在組裝基因上。
這類基因表達(dá)的蛋白質(zhì)實際上是一種酶，PKZILLA-1和PKZILLA-2分別編碼了重達(dá)470萬和320萬道爾頓的巨型酶，這些蛋白質(zhì)分別具有140個和99個酶域。它們預(yù)測的聚烯產(chǎn)物與prymnesins的擬前體prymnesin相吻合，最終需要通過239個化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生prymnesins。
接下來就是驗證PKZILLA-1和PKZILLA-2能否在活的細(xì)胞中轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)。
研究人員采用了冷凍干燥的藻類，并用酶將它們所有的蛋白質(zhì)切碎成碎片。對這些片段進(jìn)行測序顯示，至少75%的PKZILLA-1和76%的PKZILLA-2實際上被轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)。
雖然這種方法還是不能讓研究人員確認(rèn)PKZILLAs是否作為單一的大塊蛋白質(zhì)存在，但研究人員相信它們存在。當(dāng)然研究人員也承認(rèn)理論上PKZILLA產(chǎn)生的蛋白質(zhì)仍然是不完整的，還需要其他酶去完成整個合成途徑的。
雖然只是一個存在理論中的蛋白，他們認(rèn)為這一研究有可能為其他通過PKS基因產(chǎn)生毒素的藻類提供見解，尤其是新毒素的尋找和藻類的防控。
這個倒是有先例，之前的艾立布林就是從日本海綿中分離出來的一類活性成分，當(dāng)時就發(fā)現(xiàn)艾立布林的合成路線相當(dāng)復(fù)雜，此次提供的合成路線或許能夠為新化合物的發(fā)現(xiàn)提供一些思路。
參考來源：
Timothy R. Fallon et al.,Giant polyketide synthase enzymes in the biosynthesis of giant marine polyether toxins.Science385,671-678(2024).DOI:10.1126/science.ado3290
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