“人造素肉”开创了新抗生素靶点

血红素是大多数生命形式中蛋白质的重要组成部分，从微小的细菌到大豆植物再到人体。血红素在为细胞提供进行化学反应所需的能量方面起着至关重要的作用。

在人类细胞中，含铁血红素是两种分子的必要辅助因子。一种是血红蛋白分子，它结合肺部的氧气并将其运送到全身。人体内一半以上的血红素在血红蛋白中，但其余的一些在称为细胞色素的血红素中。

圣路易斯华盛顿大学(Washington University in St. Louis)在eLife杂志上发表的一项新研究显示，动物和细菌用于将血红素附着在细胞色素上的酶有何不同。发现这种“细胞色素c合酶”如何工作的变化，将有助于找到在细菌中而不是在人类中使这种酶失活的化合物。本研究结果表明，细菌细胞色素c合酶可能是一种很有前途的新抗生素靶点。

然而，在活细胞中研究细胞色素c合酶具有挑战性。

“我们把纯化CcsBA(一种在细菌中产生细胞色素的蛋白质)和提纯的人类HCCS,在试管中进行试验，附加血红素在cyt c或cyt c肽上,”论文通讯作者，文理学院生物学教授Robert Kranz说。“这使我们能够说出每个(CcsBA和人类的HCCS)在细胞色素上识别什么来连接血红素。进一步证明该肽能抑制细胞色素的粘附。

“没有人纯化过CcsBA或人HCCS，也没有人在体外分析过这种反应。”

除了这一开创性的研究，Kranz领导的华盛顿大学科学家小组之前发现了重要但脆弱的血红素分子是如何穿越细胞膜来合成细胞色素的。

在这项新工作中，科学家们详细研究了酶识别的血红素结构，并将其附着在细胞色素目标上。他们的实验表明，人类和细菌的合酶实际上依赖于细胞色素c的不同部分来定位。不同的短化合物可以阻断人类酶或细菌酶。

人类细胞色素c合酶和细菌细胞色素c合酶之间的差异可能导致新的抗生素，阻止细胞色素组装和杀死细菌，而不损害患者。

华盛顿大学技术管理办公室(Washington University Office of Technology Management)已经为该过程提交了一份临时专利申请。

“这个项目代表了七年的努力，”论文的三位共同第一作者之一、特拉华大学(University of Delaware)生物科学助理教授Molly C. Sutherland说。

亚铁血红素帮助将氧气输送到全身，携带铁元素并将血液染成红色。对大多数人来说，我们消耗的大部分亚铁血红素来自动物。

但是植物也产生亚铁血红素。植物在叶绿体中使用CcsBA——进行光合作用的细胞器——没有细胞色素蛋白它们就不能生长。由于这种依赖性，Kranz和他的团队也在研究如何阻止植物的细胞色素过程，以制造更智能的除草剂。

这又让我们回到了素食汉堡中。Impossible Foods公司发现，红肉中的血红素(在烹饪过程中)可以催化许多反应，这些反应会形成爱吃肉的人所渴望的美味。当时有人提出的一个问题是，血红素作为一种添加的“神奇”成分是否安全。但因为所有的植物都含有亚铁血红素，人类每天都要摄取它，甚至素食者也不例外。只是红肉中的浓度更高。

“血红素已经被人类和其他动物食用很长时间了，没有任何问题，”Kranz在“不可能汉堡”(Impossible Burger)最火的时候告诉商业内幕网。

因此，无论是作为植物性汉堡中的神奇成分，还是作为细胞色素和血红蛋白的重要辅助因子，能够控制使用血红素的过程将导致健康和农业的进步。对Kranz和他的团队来说，新抗生素的潜在应用可能是最令人兴奋的。

“现在，我们知道如何通过切断细菌的能量来源，以血红素为目标来饿死细菌，”Kranz说。“下一步是识别细菌中专门干扰细胞色素合酶的分子。”