Биологическая важность селена во вселенной

Концепция генной терапии ДНК

Селен является важным микроэлементом во всех царствах жизни.

Ученые из Принстона открыли первый способ включения селена в натуральные продукты.

Исследователи из Принстонского университета обнаружили процесс биосинтеза, который включает селен в микробные малые молекулы, что стало первым случаем обнаружения таких атомов в натуральных продуктах и открыло новые возможности в селенобиологии.

Полученные данные также означают, что селен, важный микроэлемент, присутствующий во всех царствах жизни, может играть более важную биологическую роль в бактериях, чем считали ученые ранее.

Выводы, опубликованные в журнале Nature, были сделаны Чейзом Кайрузом, Джонатаном Хуангом, Николь Хаузер и Мохаммадом Сейедсаямдостом.

Путь биосинтеза селена

«Это было своего рода закрытое поле. За 20 лет никто не нашел нового пути метаболизма селена», — сказал Кайруз. «Биосинтез селенопротеинов и селенонуклеиновых кислот был изучен в 80-х и 90-х годах. И с тех пор люди как бы предполагали, что это единственное, что микробы делают с селеном. Мы просто задавались вопросом, могут ли они включать селен в другие небольшие молекулы? Оказывается, они есть».

На этой иллюстрации показан биосинтетический путь включения селена в микробные малые молекулы, что указывает на неиспользованное «химическое пространство» в бактериях, которое теперь можно использовать для получения новых природных продуктов. 1 кредит

Сейедсаямдост заявляет: «Наша работа показывает, что природа действительно разработала пути для включения этого элемента в небольшие молекулы, сахара и вторичные метаболиты. Селен обладает замечательными свойствами, которые отличаются от свойств любого другого элемента, содержащегося в биомолекулах. Включение селена в селенонеин, например, делает его намного лучшим антиоксидантом, чем серная версия молекулы. Но в то время как сера присутствует в биомолекулах повсеместно, селен встречается гораздо реже и, как считалось, ограничивается биополимерами.

Он продолжает: «Природа разработала специальные механизмы для включения серы или селена в натуральные продукты, тем самым используя преимущества уникальных свойств обоих элементов через пути, характерные для каждого из них».

В поисках селена

Исследователи начали свое исследование с предположения, что атомы селена должны встречаться в натуральных продуктах из-за их широкого использования в других местах. Им было интересно, как такая подпись может выглядеть в микробных геномах.

• «Как вы на самом деле видите, где находится новое лекарство, натуральный продукт или метаболит селена, как вы его находите?» — сказал Кайруз. «Обычно мы ищем кластеры биосинтетических генов — группы генов на хромосоме, которые кодируют биосинтез таких молекул. Итак, если у нас есть способ получить селенсодержащее соединение, он должен быть закодирован генами».

Они реализовали стратегию анализа генома в поисках генов, которые находятся рядом с selD, который кодирует первый шаг во всех известных селеновых процессах внутри клетки.

Довольно быстро они обнаружили один ген, локализованный совместно с selD, названный senB, который привлек их внимание, особенно потому, что ранее он не участвовал в метаболизме селена.

Дальнейшее исследование выявило третий совместно локализованный ген, названный SenA. Кайруз предположил, что эти три гена могут быть вовлечены в новый путь биосинтеза селена.

• «Во-первых, мы определили, как будет выглядеть кластер биосинтетических генов, включающий селен», — сказал Сейедсаямдост. «Затем мы использовали биоинформатику для поиска таких генов и определили то, что мы теперь называем «сен-кластером» в различных микробных геномах».

Они смогли экспрессировать каждый из этих новых генов в Escherichia coli, таким образом собрав весь путь в пробирке. Это выявило производство двух селенсодержащих небольших молекул — селеносахара и молекулы, называемой селенонеином. Также были обнаружены два фермента, которые образуют углерод-селеновые связи, первые такие ферменты, которые действуют на малые биологические молекулы.

• «Микробы добавляют селен в эти соединения по какой-то причине, поэтому с ними должна быть связана какая-то интересная биологическая активность», — сказал Кайруз. «Мы еще не знаем, что это такое, но это очень интересно. Мы, биологические химики, просыпаемся каждый день ради таких открытий».

Исследование финансировалось Национальным научным фондом, Национальными институтами здравоохранения, Эдвардом С. Тейлором, Фондом исследований в области наук о жизни и Швейцарским национальным научным фондом.

Источник

Метки: микроэлементы