近日，一個(gè)中美合作團(tuán)隊(duì)感受到了成功帶來(lái)的甜蜜氣息：他們找到一種標(biāo)志性的酶，可用于鑒定細(xì)菌產(chǎn)生的惡臭分子3-甲基吲哚——糞臭素。研究結(jié)果或有助于研發(fā)抑制這種惡臭分子活性的方法。

“簡(jiǎn)單地說(shuō)，我們的發(fā)現(xiàn)解釋了動(dòng)物糞便為什么會(huì)發(fā)出臭味的問(wèn)題?！毖芯抗餐ㄓ嵶髡?、天津大學(xué)生物化學(xué)家張雁在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。盡管人們一直以來(lái)知道糞臭素是由細(xì)菌色氨酸發(fā)酵而來(lái)，但在此之前，對(duì)催化其形成的酶卻并不了解。

研究人員利用比較基因組學(xué)的方法，發(fā)現(xiàn)吲哚乙酸脫羧酶或可作為一種遺傳標(biāo)記，用于鑒定產(chǎn)生糞臭素的環(huán)境細(xì)菌以及與人相關(guān)聯(lián)的細(xì)菌。該成果增加了甘氨?；杂苫赋?jí)家族不斷增長(zhǎng)的化學(xué)庫(kù)，將進(jìn)一步對(duì)人類健康和畜牧業(yè)產(chǎn)生影響。

厭氧催化

“糞臭素是一種惡臭化合物，是人或動(dòng)物糞便特有氣味的來(lái)源?！睆堁阏f(shuō)，“當(dāng)空氣中的糞臭素達(dá)到0.00056ppm（百萬(wàn)分之一）或0.0030mg/m3時(shí)，人的鼻子就能辨別出糞臭素獨(dú)特的氣味。”

糞臭素起源于細(xì)菌代謝，其產(chǎn)生的生化途徑對(duì)了解人類健康及相關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。厭氧細(xì)菌會(huì)將芳香氨基酸發(fā)酵成多種化合物，使其保持穩(wěn)定的芳香環(huán)。當(dāng)生活在厭氧環(huán)境（人/動(dòng)物腸道）中的細(xì)菌產(chǎn)生這些化合物時(shí)，它們會(huì)在宿主體內(nèi)累積，濃度達(dá)到亞毫摩爾，產(chǎn)生生理或病理效應(yīng)。

糞臭素還能讓一些豬肉制品散發(fā)出怪味（公豬膻味），導(dǎo)致豬肉或豬油質(zhì)量差。同時(shí)，它還是一種潛在的肺毒素，可能導(dǎo)致肺癌以及牛呼吸道疾病。此外，糞臭素作為誘導(dǎo)蚊子產(chǎn)卵的化合物，對(duì)絲蟲(chóng)病、日本腦炎和西尼羅河病毒等蟲(chóng)媒人感染病的發(fā)生和發(fā)展起著促進(jìn)作用。

“盡管這個(gè)化學(xué)反應(yīng)和人類的生存環(huán)境以及畜牧業(yè)存在種種關(guān)聯(lián)，但因?yàn)樗鼘?duì)氧氣非常敏感，因而了解它的催化機(jī)制具有很大的挑戰(zhàn)性?！睆堁阏f(shuō)。他與美國(guó)伊利諾伊大學(xué)教授趙惠民、上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院iHuman研究所研究員趙素文團(tuán)隊(duì)等合作，聚焦研究厭氧菌里的自由基化學(xué)。

合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌通過(guò)降解色氨酸生成糞臭素，這一生化途徑的最后一步依賴于一種此前未知的酶——吲哚乙酸脫羧酶（IAD）?！斑胚狒人峄衔锩擊仁且环N自由基反應(yīng)，在化學(xué)上很難實(shí)現(xiàn)。據(jù)我們所知，只能由IAD完成?！毖芯抗餐ㄓ嵶髡呲w惠民在電子郵件中告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。

據(jù)介紹，由于自由基沒(méi)有配對(duì)的電子，很容易得到電子和失去電子，從而與任何其他物質(zhì)反應(yīng)，因此其壽命非常短暫，只有幾毫秒甚至幾微秒?！暗M(jìn)化過(guò)程中的一些酶可以通過(guò)蛋白折疊把自由基折疊到蛋白質(zhì)中，從而讓它不那么短命，甚至可能很穩(wěn)定，催化很難的化學(xué)反應(yīng)，如這項(xiàng)研究中的脫羧反應(yīng)?！睆堁阏f(shuō)。

這篇論文中發(fā)現(xiàn)的新甘氨酸自由基酶——IAD正是如此。研究人員在大腸桿菌中表達(dá)了這種酶，然后喂給它一些吲哚乙酸鹽，隨后用氣相色譜法確認(rèn)所得到的“獎(jiǎng)勵(lì)”正是糞臭素。

遺傳標(biāo)志

未來(lái)，IAD可以作為判斷糞臭素存在的標(biāo)志?！霸谖磥?lái)新測(cè)序的細(xì)菌中要鑒定該酶是否存在只需要和這些功能已知的IAD進(jìn)行序列比對(duì)，看活性口袋的殘基是否保守即可?！壁w素文告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。

“在新研究中，糞臭素恰巧是揮發(fā)性的，它的強(qiáng)烈氣味是細(xì)菌代謝旺盛的標(biāo)志，并且人體也已經(jīng)演化出了對(duì)這種氣味的敏感。”趙惠民補(bǔ)充說(shuō)，“基于IAD的DNA序列，人們還可以通過(guò)DNA測(cè)序快速確定人體和環(huán)境樣品中是否存在糞臭素產(chǎn)生菌。”

在一個(gè)龐大的細(xì)菌基因組數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行搜索分析后，研究小組發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生相同IAD的另外12種細(xì)菌。出乎意料的是，其中之一是從人口腔牙齒和牙齦之間的縫隙中分離出來(lái)的細(xì)菌?！斑@可以解釋口臭的氣味?！睆堁阏f(shuō)。

自由基酶本身對(duì)氧氣非常敏感，只有在腸道無(wú)氧的環(huán)境下才能夠穩(wěn)定和催化。而口腔中存在氧氣，最多只是厭氧環(huán)境，為什么有些菌會(huì)發(fā)生這一化學(xué)反應(yīng)呢？張雁推測(cè)，這可能是因?yàn)樗鼈冃纬闪艘环N生物膜。

對(duì)于如何抑制這種化學(xué)反應(yīng)，從而阻止口臭，趙素文表示，抗生素的使用現(xiàn)在爭(zhēng)議較大，目前只針對(duì)某一種細(xì)菌的抗生素還很少，不論廣譜還是窄譜抗生素都可以殺死多種細(xì)菌，改變?nèi)梭w腸道菌群的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)健康造成不良影響?！八裕詈眠€是養(yǎng)成良好的口腔衛(wèi)生習(xí)慣。”她說(shuō)。

阻斷活性

“在理論上講，識(shí)別出IAD將有助于開(kāi)發(fā)一種抑制劑阻斷其活性，從而抑制豬肉或糞便中糞臭素的產(chǎn)生?！睆堁阏f(shuō)。它有助于解決糞便臭味和豬肉膻味的問(wèn)題，還有助于解決牛群等反芻動(dòng)物的大面積肺積水以及通過(guò)糞臭素吸引蚊子產(chǎn)卵從而傳播疾病等問(wèn)題。

鑒定出含有IAD的細(xì)菌后，可以考慮對(duì)其進(jìn)行靶向清理?！翱梢詫?duì)‘菌或酶’下藥，阻斷糞臭素的生成?！壁w素文說(shuō)。

“比如采用IAD的特異抑制劑?！壁w惠民舉例說(shuō)。他表示，IAD的催化反應(yīng)是色氨酸降解途徑中產(chǎn)生能量的最后一步，更好地理解這個(gè)代謝通路還有助于創(chuàng)造一種不適合糞臭素合成的環(huán)境。

“我們可以設(shè)計(jì)一些有效策略，比如可以用糞臭素產(chǎn)生菌的親緣菌替代它們，或者用遺傳改造過(guò)的缺失IAD的菌株來(lái)替代，并且可以注冊(cè)為益生菌，也可以用特異的小分子抑制劑阻斷IAD的反應(yīng)途徑?！壁w惠民說(shuō)。

他表示，合作團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)研究IAD的催化機(jī)理及其在細(xì)菌代謝中的作用，研究與IAD有關(guān)的厭氧酶，進(jìn)一步探索人體微生物菌群中厭氧菌產(chǎn)生的小分子化合物庫(kù)，因?yàn)檠芯咳藛T認(rèn)為這些小分子很可能與人體健康息息相關(guān)。

甘氨酰自由基蛋白家族功能未知的成員還很多，作者表示，下一步，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)探究這個(gè)蛋白家族的未解之謎。據(jù)了解，目前合作團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行的另一項(xiàng)研究與飲食和放屁有關(guān)，其中涉及到腸道菌產(chǎn)生的一種重要的人體氣體信號(hào)分子。“該分子與癌癥和發(fā)炎存在關(guān)聯(lián)，我們正在了解其代謝通路?！睆堁阃嘎?。

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