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马萨诸塞州,剑桥。(11月27日)——由怀特黑德生物医学研究所(Whitehead Institute for Biomedical research)领导的一个研究小组已经利用代谢组学技术解开了一种关键蛋白质的分子活性，这种蛋白质可以使植物能够抵抗一种常见的除草剂。他们的发现揭示了这种蛋白质——一种催化剂或酶，最初是在细菌中分离出来的，并在20世纪90年代被引入植物，包括玉米和大豆等作物，有时可以不精确地做出反应，如何成功地重新设计，以更加精确。这项新研究发表在《自然植物》杂志上，它提高了21世纪生物工程的标准。
“我们的工作强调了生物工程的一个关键方面，即我们现在在技术上能够解决这个问题，”资深作家、麻省理工学院(Whitehead Institute)成员、麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)生物学助理教授京克翁(京克翁)说。“我们知道，酶可以不加区分地行为。现在，我们有科学的能力来检测它们的分子副作用，我们可以利用这些洞见来设计更智能的酶，并增强特异性。
植物为科学家研究新陈代谢如何随时间变化提供了一个非同寻常的模式。由于它们不能逃避捕食者，也无法在供应不足的情况下寻找新的食物来源，因此，植物必须经常与一系列的环境侮辱作斗争，使用现成的——它们自己的内部生物化学。
“尽管它们似乎是静止的，植物却有快速进化的代谢系统，”翁解释说。“现在，由于代谢组学等前沿技术，我们可以对这些变化产生前所未有的认识，让我们能够在广泛的范围内分析代谢产物和其他生物化学物质。”
在这一进化过程中，关键的参与者——以及Weng实验室的主要研究重点——是酶。传统上，这些自然发生的催化剂被视为迷你机器，采用合适的起始材料(或底物)，并完美地将其转化为正确的产品。但是，翁和其他科学家现在认识到他们犯了错误——通常是在一个无意识的底物上。“这种被称为酶性乱交的概念，在酶的进化和更广泛的人类疾病中都有各种各样的影响，”翁说。
这也对生物工程有一定的影响，正如Weng实验室的博士后研究员Bastien Christ和他的同事最近发现的。
基督，是斯特凡的研究生吗?瑞士苏黎世大学的rtensteiner实验室正在研究一种特殊的开花植物拟南芥，作为另一个项目的一部分，他做了一个令人费解的观察:在他们的叶子中发现了两个不同寻常的高水平的生化化合物。
奇怪的是，这些化合物(被称为乙酰氨基己酸酯和乙酰色氨酸)并没有出现在正常的所谓的“wildtype”植物中。当他和他的同事们寻找解释时，他们缩小了来源:一种叫做BAR的酶，被设计成一种化学信号，让科学家更容易地研究它们。
但是BAR不仅仅是科学家的工具。它也是转基因作物中最常见的特征之一，如大豆、玉米和棉花，使它们能够抵抗被广泛使用的除草剂(被称为“磷霉素”或“谷胱甘肽”)。
几十年来，科学家们已经知道，最初与细菌隔绝的BAR，可以通过对一短串化学物质的tacking(也称为乙酰基)来刺激除草剂的作用。正如研究人员在他们的自然植物纸上描述的那样，它有一个杂乱的一面，也可以在其他的基质上工作，比如氨基酸色氨酸和氨基己二酸盐(一种赖氨酸衍生物)。
这就解释了为什么他们可以在转基因作物中检测出非预期产品(乙酰-色氨酸和乙酰氨基己二酸盐)，比如大豆和油菜。
他们的研究包括对BAR蛋白的详细研究，包括蛋白质与基质结合的晶体结构。这为他们提供了一份蓝图，为如何在策略上修改酒吧，使其变得不那么淫乱，只喜欢除草剂作为底物，而不是氨基酸。基督和他的同事们创造了几个版本，这些版本缺乏原始条形蛋白的非特异性活性。
“这些都是天然的催化剂，所以当我们从一个有机体中借用它们，把它们放进另一个有机体时，它们可能并不一定是完美的，”基督说。“收集关于酶如何工作的基本知识以及它们的结构如何影响功能，可以教会我们如何选择最好的生物工程工具。”
还有其他重要的教训。1995年，美国食品和药物管理局(FDA)首次评估了这种酒吧的特点，在菜籽油中使用，在随后的几年里，其他作物——代谢组学(metabolomics)在生物医学研究方面基本上不存在。因此，作为其监管审查的一部分，它不能用于基因工程植物和食品的鉴定。尽管如此，美国食品及药物管理局已经审查了乙酰氨基己酸盐和乙酰色氨酸，并对人类和动物的食用安全。
翁和他的同事们认为，他们的研究有力地证明了代谢组学分析是未来转基因作物审查过程的一部分。“这是一个警示故事，”翁说。
