海洋生命学院举办“微生物初级代谢新酶新通路”讲座报告会
2023年12月17日上午，天津大学教授张雁应邀在海洋生命学院进行了“微生物初级代谢新酶新通路”讲座报告会。张雁，天津大学讲席教授、新基石研究员，国家杰出青年科学基金获得者。先后在南京大学和美国宾夕法尼亚大学获得学士和博士学位，在麻省理工学院从事博士后研究工作。2014年加入天津大学，主持和参与科技部重点研发课题2项、国家自然基金面上项目2 项，获得授权专利7项，实现科研技术转化3项，长期致力于酶学、生物化学、合成生物学等研究。报告会由海洋生命学院张玉忠院长主持。
张雁教授首先介绍了他的主要研究方向：Z碱基DNA在信息存储中应用、Z-Toe检测、益生菌的改造：治疗痛风的生物医药、Z碱基DNA的生物合成、碱基降解的新途径等。
在微生物的初级代谢中，张雁教授团队主要在核酸的合成代谢、核酸碱基的降解代谢和氨基酸和糖的降解代谢方面做出了重要贡献。在核酸的合成代谢中，张雁教授团队揭示了Z碱基的合成机制（Z碱基DNA的合成机制、异鸟嘌呤的合成、PurZ关键酶的分子进化），在核酸碱基的降解代谢中发现了核酸碱基降解的新途径（还原型嘧啶降解延伸、还原型嘧啶降解获得C和能量、嘧啶降解新酶新通路、嘌呤降解新通路），在氨基酸和糖的降解代谢方面发现了氨基酸和糖的降解新途径（色氨酸代谢产生粪臭素、牛磺酸代谢产生硫化氢、羟脯氨酸的降解、酪氨酸的降解、磺基葡萄糖酵解代谢产生硫化氢、磺基葡萄糖代谢三条新途径）。
接着，张雁教授介绍了Z基因组研究。44年前，科学家发现蓝细菌的一株噬菌体基因组中2,6-diaminopurine(Z)取代所有的A，针对Z基因组有以下几个问题：Z基因组怎么合成？它有什么进化优势？Z基因组是否具有普遍性？张雁教授团队破解了Z基因的合成途径：dGMP在PurZ的作用下生成ADAS，然后又在PurB的作用下生成dZMP，在合成AMP中有一个酶PurA，在合成dZMP也有一个关键酶PurZ，而关键酶PurZ就是一个类PurA酶，它相比PurA活性中心关键位点发生改变；关于Z基因组，它有一个很重要的优势就是可以规避细菌限制性内切酶酶切，这对细菌是十分重要的；关于Z基因组的普遍性，研究发现，含Z基因组的噬菌体遍布全球，因为Z碱基DNA是噬菌体保持基因组稳定的独特机制。Z-DNA的人工生物合成具有重要科学意义和应用价值。
最后，张雁教授介绍了嘌呤降解的新途径。我们已知的嘌呤降解代谢途径是：黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶的作用下产生尿酸，灵长类动物、鸟类、爬行类和昆虫直接排尿酸；多数哺乳类动物在尿酸氧化酶的作用下将尿酸转化成尿囊素，排尿囊素；硬骨鱼在尿囊素酶的作用下将尿囊素转化成尿囊酸，排尿囊酸；两栖类和软骨鱼在尿囊酸酶的作用下，将尿囊酸转化成尿素，排尿素；海洋无脊椎动物在尿素酶的作用下将尿素转化成氨，排氨。而别嘌呤醇、非布司他等治疗痛风的药物的作用原理是抑制黄嘌呤氧化酶从而抑制尿酸的生成，但是这些治疗痛风的药物的副作用大，于是张教授就找到了第二条途径来治疗痛风——构建工程益生菌，参照嘧啶降解中的开环途径发现黄嘌呤比尿嘧啶更容易开环，于是通过 PydB 家族酶在基因组的位置成功挖掘五个关键酶：黄嘌呤酰胺水解酶、4-脲基-5-羧基咪唑酰胺水解酶、4-氨基-5-咪唑脱羧酶、黄素异戊烯基转移酶、4-氨基咪唑脱氨酶和4-咪唑酮酰胺水解酶可以将黄嘌呤开环，从而不再生成尿酸，且无需氧气和复杂辅基以安全的治疗痛风。
报告会上，张雁教授和与会师生进行了深入交流和互动。《现代海洋生物学》课程修课研究生等校内外师生250余人参加了本次报告会。
通讯员：刘晓收
