大家好，本期為大家帶來的是Nature集團旗下的子刊Nature Communications，專門發表生物學、物理學和化學等各領域的高質量研究論文，2020年的影響因子為14。919。
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Disulfide-compatible phage-assisted continuous evolution in the periplasmic space
二硫鍵相容的噬菌體輔助周質空間的連續進化
抗體及其工程衍生物是治療多種炎症、自身免疫和傳染病以及許多癌症的重要方法。許多抗體對二硫鍵穩定性的依賴限制了連續進化技術在抗體和其他含二硫鍵的蛋白質中的應用。該研究中，作者描述了周質噬菌體輔助連續進化 （pPACE），這是一種在大腸桿菌周質的二硫鍵相容環境中連續進化蛋白質-蛋白質相互作用的系統。作者首先應用 pPACE 來快速進化同二聚體 YibK 蛋白亞基之間的新型非共價和共價相互作用，並糾正抗 GCN4 Ω 移植抗體的結合缺陷突變體。作者開發了一個內含肽介導的系統來選擇 pPACE 中的可溶性周質表達，導致 Ω 移植抗體的可溶性表達增加八倍。最後，作者進化出含有二硫鍵的曲妥珠單抗抗體變體，其與 Her2樣肽的結合得到改善，可溶性表達得到改善。總之，這些結果表明 pPACE 可以快速最佳化含有二硫鍵的蛋白質，拓寬了持續進化的適用性。
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De novo biosynthesis of bioactive isoflavonoids by engineered yeast cell factories
透過工程酵母細胞工廠從頭生物合成生物活性異黃酮
異黃酮是一類具有重要營養、製藥和農業意義的植物天然產物。然而，它們在自然界中的低丰度和結構複雜性阻礙了透過傳統的基於作物的製造或化學合成獲得這些植物化學物質。微生物生物生產是一種有吸引力的替代方案。該研究中，作者設計了釀酒酵母的代謝，使其成為有效生產黃豆苷元（異黃酮生物合成的核心化學支架）的平臺，並展示其在篩選-重建-應用工程框架下從葡萄糖生產生物活性糖苷的應用。首先，作者在酵母中重建黃豆苷元生物合成，然後透過篩選生物合成酶、確定限速步驟、實施動態控制、工程底物運輸和微調競爭代謝過程，將其產量提高 94 倍。最佳化後的菌株可產生高達 85。4 mg L
-1
的黃豆苷元，在該菌株中引入植物糖基轉移酶可產生生物活性葛根素 （72。8 mg L
-1
） 和黃豆苷 （73。2 mg L
-1
）。作者的工作為開發用於增值異黃酮從頭生物合成的合成酵母細胞工廠邁出了有希望的一步，並且多階段框架可以擴充套件到其他微生物宿主中複雜天然產物的工程途徑。
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Machine learning-guided acyl-ACP reductase engineering for improved in vivo fatty alcohol production
機器學習引導的醯基
-ACP
還原酶工程改善體內脂肪醇生產
形成醇的脂肪醯基還原酶 （FAR） 催化硫酯還原為醇，是微生物生產脂肪醇的關鍵酶。許多代謝工程策略利用 FAR 從細胞內醯基輔酶 A 和醯基 ACP 庫中產生脂肪醇；然而，酶活性，尤其是在醯基 ACP 上，仍然是高通量生產的重要瓶頸。該研究中，作者透過實施機器學習 （ML） 驅動的方法來迭代搜尋蛋白質適應性景觀，從而設計出在醯基 ACP 底物上具有增強活性的 FAR。在十輪設計-測試-學習過程中，作者設計的酶產生的脂肪醇比起始天然序列多兩倍多。並且表徵的頂部序列並表明它對棕櫚醯-ACP 具有增強的催化速率。最後，作者分析序列功能資料以識別與體內活性相關的特徵，例如底物結合位點附近的淨電荷。這項工作證明了 ML 在導航傳統上難以設計的蛋白質的適應度方面的能力。
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Spontaneous assembly of redox-active iron-sulfur clusters at low concentrations of cysteine
在低濃度半胱氨酸下自發組裝具有氧化還原活性的鐵硫簇
鐵硫 （FeS） 蛋白是生命的基礎，參與電子轉移和 CO
2
固定。FeS 簇的結構類似於 FeS 礦物的晶胞結構，例如在與生命起源相關的熱液系統中發現的 greigite。然而，從礦物表面到生物簇的益生元途徑尚不清楚。該研究中，作者展示了透過無機 Fe
2+
/Fe
3+
和 S
2-
與微摩爾濃度的氨基酸半胱氨酸在鹼性 pH 值下的相互作用，FeS 簇自發形成。碳酸氫根離子穩定團簇，甚至在濃度 >10 mM 時單獨促進團簇形成，可能是透過鹽析效應。作者使用 UV-Vis 光譜、Fe-Mössbauer 光譜和 H-NMR 證明了 ［4Fe4S］、［2Fe2S］ 和單核鐵簇的穩健、濃度依賴性形成。迴圈伏安法顯示這些簇具有氧化還原活性。作者的研究結果表明，負責生物電子轉移和CO
2
還原的結構可能是由生命起源時的單體自發形成的。
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Efficient generative modeling of protein sequences using simple autoregressive models
使用簡單的自迴歸模型對蛋白質序列進行有效的生成建模
生成模型成為新的序列資料驅動的蛋白質設計方法的有希望的候選者，並且用於提取深深隱藏在快速增長的序列資料庫中的蛋白質的結構和功能資訊。該研究中，作者提出了簡單的自迴歸模型作為高度準確但計算效率高的生成序列模型。結果表明，它們的效能與基於玻爾茲曼機或深度生成模型的現有方法相似，但計算成本要低得多（10
2
到 10
3
之間）。此外，該模型的簡單結構具有獨特的數學優勢，這轉化為序列生成和評估的改進適用性。在這些模型中，作者可以輕鬆地估計給定序列的機率，以及使用模型的熵，與特定蛋白質家族相關的功能序列空間的大小。在響應調節器的例子中，作者發現了大量的 ca。10
68
個可能的序列，但它們僅構成相同長度的所有氨基酸序列中 10
-80
天文數字的一小部分。這些發現說明了透過生成序列模型探索序列空間的潛力和難度。
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Structure and inhibition of Cryptococcus neoformans sterylglucosidase to develop antifungal agents
新型隱球菌甾醇葡萄糖苷酶的結構和抑制作用以開發抗真菌劑
病原真菌對醫療保健造成沉重負擔，需要新的治療方法。該研究中，作者開發了真菌特異性酶 sterylglucosidase 1 （Sgl1） 作為治療靶點。Sgl1 將免疫調節糖脂麥角甾醇 3β-D-葡萄糖苷轉化為麥角甾醇和葡萄糖。以前，作者發現致病真菌新型隱球菌 （Cn） 中 Sgl1 的基因缺失導致麥角甾醇 3β-D-葡萄糖苷積累，使
Cn
無致病性，並使小鼠免疫野生型
Cn
的繼發感染，即使在CD4+ T 細胞缺乏症。該研究中，作者公開了兩種不同的化學類別，它們在體外和
Cn
細胞中抑制 Sgl1 功能。Sgl1 的藥理學抑制表現出
Cn
Δsgl1
突變體的生長缺陷，並防止野生型
Cn
在感染小鼠模型中傳播到大腦。Sgl1 單獨和與抑制劑的晶體結構解釋了 Sgl1 的底物特異性，並使針對 Sgl1 的抗真菌劑的合理設計成為可能。
END
