近日，美国化学会-催化发表了武汉大学药学院孙宇辉教授课题组与英国剑桥大学、巴西圣保罗大学研究人员关于庆大霉素二脱氧催化机理的合作研究成果。通过遗传学、生物化学和结构生物学等多学科研究方法，研究人员成功揭示了庆大霉素生物合成中双脱氧修饰的过程和催化机制，并找到了庆大霉素复杂生物合成途径的最后一块拼图。
庆大霉素作为氨基糖苷类抗生素的经典代表，曾是治疗革兰氏阴性菌感染的首选药物。然而，随着抗生素耐药性问题的日益严重，以及庆大霉素自身的肾毒性和耳毒性，如何通过合成生物学方法开发更高效、更安全的庆大霉素等新型氨基糖苷类抗生素，成为人们的迫切愿望。
该小组通过对可能参与双脱氧的 PLP 依赖性转氨酶候选编码基因进行体内基因敲除，证实了 GenB3 和 GenB4 参与该过程，并确定了几种中间体，以表明该过程实际上包括连续脱羟基和双键还原步骤。经过 GenB3 和 GenB4 的重组表达，并将分离的中间产物作为底物进行严格的体外生化验证，研究人员发现脱羟基不是单一反应，除了负责磷酸化酶 GenP 的中间体的磷酸化外，还包括连续的去磷酸化、异构化、脱氨和转氨过程， 而这些复杂的变化是由 GenB3 单独催化的。
据研究人员介绍，GenB4 主导的双键还原不使用还原的辅酶，而是非常规地通过亚氨基水解实现还原，这是间接实现的，然后通过 GenB3 转氨得到最终的庆大霉素 C 组分产物。这个过程也是由于不寻常的还原方法，该方法在同一位点重复脱氨或转氨高达 4 次。整个催化过程在简单的外表下，蕴含着天然产物独特而奇妙的催化机理。研究团队还发现，虽然 GenB3 和 GenB4 具有极为相似的氨基酸序列，但它们的功能却不同。通过对蛋白质晶体的结构分析，可以看出 GenB3 中 57 位的 Ser 和 GenB4 中 52 位的 Asp 可能是导致它们功能差异的关键，即仅仅一个氨基酸位点的差异最终决定了两者功能的巨大差异。（温彩飞李云）.