大家好，本期为大家带来的是Nature集团旗下的子刊Nature Communications，专门发表生物学、物理学和化学等各领域的高质量研究论文，2021年的影响因子为17.694.
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Engineered helicase replaces thermocycler in DNA amplification while retaining desired PCR characteristics
工程化解旋酶取代了 DNA 扩增中的热循环仪，同时保留了所需的 PCR 特性
聚合酶链式反应 (PCR) 是分子诊断和生命科学中必不可少的方法。PCR 需要热循环来加热 DNA 以进行链分离并冷却它以进行复制。该过程使用专门的硬件并将生物分子暴露在 95 °C 以上的温度下。该研究中，作者设计了一种 PcrA M6 解旋酶，具有更高的速度和加工能力，以通过酶解 DNA 代替加热步骤，同时保留所需的 PCR 特性。作者将这种等温扩增方法命名为 SHARP（SSB-Helicase Assisted Rapid PCR），因为除了标准 PCR 试剂外，它还使用工程化解旋酶和单链 DNA 结合蛋白 (SSB)。SHARP 可以生成长度高达 6000 个碱基对的扩增子。SHARP 可以产生功能性 DNA，这是一种赋予细胞抗生素抗性的质粒，并且可以从人类细胞的基因组 DNA 中扩增特定片段。作者进一步使用 SHARP 来评估 CRISPR-Cas9 编辑在内源基因组位点的结果。
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A universal glycoenzyme biosynthesis pipeline that enables efficient cell-free remodeling of glycans
一种通用的糖酶生物合成管道，可实现
聚糖的有效无细胞重塑
从零开始重建天然糖基化途径或原型全新途径的能力受到了功能性糖酶有限的限制，其中许多是在异源宿主中无法表达的膜蛋白。该研究中，作者描述了一种将膜结合糖基转移酶（GTs）拓扑转化为水溶性生物催化剂的策略，该生物催化剂在活细胞的细胞质中高水平表达并保持生物活性。作者通过在几个常用的表达平台上容易地产生98个难以表达的GT（主要是人类来源的GT）来证明该方法的普遍性。使用这些水溶性酶的一个子集，作者对游离聚糖和蛋白连接聚糖进行结构重塑，包括在单克隆抗体治疗性曲妥珠单抗上发现的那些。总的来说，作者合理重新设计GTs的策略为大量多样的酶活性GTs提供了一条有效且通用的生物合成途径，这些GTs应用于结构功能研究以及涉及复杂糖分子的生化和生物医学应用。
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Investigating lytic polysaccharide monooxygenase-assisted wood cell wall degradation with microsensors
用微传感器研究裂解多糖单加氧酶辅助木材细胞壁降解
裂解多糖单加氧酶（LPMO）通过提高糖化效率和速率支持生物质水解。最近的研究表明，H2O2而不是O2是LPMO催化多糖解聚的共底物。一些研究质疑基于H2O2的植物细胞壁降解机制的生理相关性。本研究报告了通过使用压电控制的H2O2微传感器测量其附近的H2O2浓度，对杨木细胞壁上LPMO活性的局部和时间分辨测定。所研究的Neurospora crassaLPMO与细胞内壁层结合，并消耗酶促生成的H2O2。结果表明，在低H2O2浓度下，LPMO的催化效率很高，真菌分泌物中的辅助氧化还原酶很容易生成。使用葡萄糖微生物传感器的测量还表明，LPMO促进木材细胞壁上的纤维二糖水解酶活性，并在真菌细胞外分解代谢和工业生物质降解中发挥协同作用。
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Protein language models trained on multiple sequence alignments learn phylogenetic relationships
基于多序列比对训练的蛋白质语言模型
学习系统发育关系
最近，备受关注的自监督神经语言模型被应用于生物序列数据、推进结构、功能和突变效应预测。一些蛋白质语言模型，包括MSA Transformer和AlphaFold的EvoFormer，将进化相关蛋白质的多重序列比对（MSA）作为输入。MSA Transformer的行关注的简单组合产生了最先进的无监督结构接触预测。作者证明，MSA Transformer的列关注的类似简单和通用组合与MSA中序列之间的Hamming距离密切相关。因此，基于MSA的语言模型编码了详细的系统发育关系。作者进一步表明，这些模型可以从反映历史偶然性的系统发育相关性中分离编码功能和结构约束的共同进化信号。为了评估这一点，作者从在自然MSA上训练的Potts模型中生成合成MSA，无论是无系统发育还是有系统发育。作者发现，与推断的Potts模型相比，当使用MSA Transformer时，无监督接触预测对系统发育噪声具有更大的弹性。
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A pathway for chitin oxidation in marine bacteria
海洋细菌几丁质氧化途径
由裂解多糖单加氧酶（LPMOs）引发的甲壳素氧化降解有助于微生物转化结晶甲壳素，这是自然界第二丰富的生物聚合物。然而，除了LPMOs之外，我们对氧化甲壳素利用途径的了解非常有限。该研究中，作者描述了海洋细菌Pseudoalteromonas prydzensis中氧化甲壳素降解及其调控的完整途径。该途径始于LPMO介导的几丁质细胞外分解为C1氧化的壳寡糖，其携带末端2-（乙酰氨基）−2-脱氧-D-葡萄糖酸（GlcNAc1A）。氧化的壳寡糖的跨膜运输随后在胞质中水解，释放GlcNAc1A，在胞质内分解代谢。该途径与已知的水解甲壳素利用途径在酶、转运蛋白和调节剂方面不同。特别是，GlcNAc1A通过一系列类似于D-氨基酸而非其他单糖降解的反应转化为2-酮基-3-脱氧葡萄糖酸6-磷酸盐、乙酸盐和NH3。此外，基因组和宏基因组分析表明，几丁质氧化利用途径可能在海洋γ蛋白杆菌中普遍存在。
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CryoEM structural exploration of catalytically active enzyme pyruvate carboxylase
催化活性酶丙酮酸羧化酶的CryoEM结构研究
丙酮酸羧化酶（PC）是一种四聚体酶，每个亚基含有两个活性位点，催化两个连续反应。一个带有假体生物素的移动结构域将两个反应联系起来，一个是最初的生物素羧基化，然后羧基转移到丙酮酸底物上，生成草酰乙酸。反应位点距离很远，有几个协同因素起变构调节作用。该研究中，作者使用冷冻电镜研究了活性PC四聚体的结构，重点是活性位点和低聚物的构象空间。结果捕获了两个活性位点的移动域，并以高分辨率暴露了两个反应的催化步骤，从而可以识别底物和产物。对催化活性PC四聚体的分析揭示了某些运动在酶功能过程中的作用，并且额外辅因子存在下的结构变化揭示了变构调节的机制。
