非天然蛋白质SynGltA挽救大肠杆菌gltA基因缺失的中心代谢

合成生物学旨在赋予活生物体新的功能。 在多数情况下，这些功能从自然界中已经存在的序列组装而成。 然而，蛋白质设计的进步使得我们可以构建出折叠和功能完全新颖的蛋白序列。 此外，在一些情况下，新的蛋白序列已被证明能为活细胞提供必要的功能。 这些进展打开了创造“人工蛋白质组”的可能性，所述“人工蛋白质组”包含在自然界中不出现但仍然维持活生物体生长的蛋白序列。这些新的蛋白质从一个文库中筛选而来；在这个文库中，序列被设计成可折叠形成稳定的4-螺旋束。使用称为二元图案化的策略设计文库，其明确地将序列中的每个位置指定为极性或非极性，但允许每个位置的氨基酸的同一性组合改变。为了确认二元图案化蛋白质设计的表现，其中几个被生物物理表征、且显示折叠成可溶性α螺旋结构。二进制代码旨在指定特异的折叠，它并不设计蛋白功能。尽管如此，文库中的某些蛋白可结合小分子并在体外催化反应；一些二元图案化蛋白质在体内也能发挥作用。普林斯顿大学化学系 Hecht MH实验室从早期构建的1.5×106二进制图案蛋白序列库中筛到了一个命名为SynGltA的蛋白质，它能拯救gltA基因（编码柠檬酸合酶）缺失的大肠杆菌的生长，但SynGltA蛋白如何拯救△gltA大肠杆菌，机理未知。 Hecht MH实验室近期发表在《ACS Synthetic Biology》杂志的一项研究结果揭晓了这一谜题。

柠檬酸合酶催化来自糖酵解或其它异化反应的乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合合成柠檬酸的反应，它控制TCA循环入口，受多种调控。在对SynGltA蛋白如何拯救△gltA大肠杆菌的研究中，研究者发现SynGltA并不是一个酶；相反，它通过调节替代的代谢途径而恢复△gltA大肠杆菌中心碳和能量代谢的缺陷。具体地说，SynGltA通过未知的机制作用增强了prpC的表达；prpC是编码丙酸盐降解途径中的柠檬酸甲酯合酶基因。这种内源性蛋白质具有混杂催化活性，当过表达时，可补偿柠檬酸合酶的缺失。这项结果表明，非天然蛋白质（与自然界中的序列无关）可以通过调节天然生物体中的基因发挥作用。

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