上海交通大学张雁教授应邀作“名师讲坛”报告

发布时间:2024-10-10浏览次数:10

2024927日上午,上海交通大学张雁教授应邀作为南京大学化学化工学院“名师讲坛”嘉宾,为学院师生作了题为“生命基础代谢新发现”的精彩报告。本次报告由化学化工学院副院长张艳教授主持。张艳教授介绍了张雁教授的简历和成就,并向张雁教授颁发了“名师讲坛”纪念铭牌。我院多位教师和众多学生参加了报告会与讨论。

本次报告中,张雁教授首先介绍了课题组研究方向以及课题选择的发展脉络,并重点介绍了课题组近年来在甘氨酸自由基酶(GRE)参与微生物基础代谢领域的研究进展和最新研究成果。

甘氨酸自由基酶是一类普遍存在于细菌中的厌氧自由基酶,该类酶在激活酶的协助下,可以在肽链末端生成甘氨酸自由基(Gly•)。在催化反应时,Gly•夺取GRE活性中心的半胱氨酸巯基上的氢原子形成活泼的硫自由基(Cys•),进而介导多种类型的高能自由基反应,从而广泛参与厌氧细菌的基础物质与能量代谢过程。近年来,张雁团队发现了厌氧菌中的多个GREs,分别在氨基酸、碳水化合物和能量代谢中起到关键作用,刷新了人们对微生物多样性以及生命基础物质初级代谢的认识。

接下来,张雁教授重点介绍了其团队在厌氧细菌中发现的自由基介导的糖酵解新途径。YbiWPflD是未知功能的GRE中物种分布最广泛的两个酶,为了阐明这两者的生化功能,研究团队综合利用基因组邻域信息分析、蛋白质催化中心特性分析、计算生物学技术等,推定了YbiWPflD的底物分子,并通过酶活性及酶动力学的系列实验证实了YbiWPflD分别催化1,5-缩水葡糖醇-6-磷酸和1,5-缩水甘露醇-6-磷酸的开环裂解,均生成产物1-脱氧果糖-6-磷酸,再经下游的醛缩酶裂解,形成3-磷酸甘油醛和羟基丙酮,NADH依赖的脱氢酶GldA则进一步将羟基丙酮还原为1,2-丙二醇(1,2-PDO),从而组建了两种自由基依赖的缩水糖酵解途径。

随后,张雁教授生动地讲解了他们是如何通过菌株厌氧生长实验、途径基因敲除和蛋白质谱实验,证实模式细菌大肠杆菌可以利用缩水糖酵解途径,以1,5-缩水葡糖醇(AG)或1,5-缩水甘露醇(AM)为唯一碳源进行厌氧生长,并代谢产生1,2-PDO。基于上述发现,张雁团队通过组建重组蛋白酶使淀粉裂解再还原,产生AGAM并与大肠杆菌发酵联合的人工代谢通路,成功地把可溶性淀粉高效转化为1,2-PDO,为大宗工业品1,2-PDO的工业级生产提供了全新的思路。

另外,张雁教授展望了该新糖酵解途径与人类健康的关联:AG在健康人群中维持稳态,主要来源于食物,部分由人体肝脏通过糖原裂解和还原产生,摄入过多的AG则经肾小管随尿液排出。糖尿病病人肾小管AG的重吸收受到葡萄糖的竞争性抑制,血液中AG含量极低。因此,AG成为美国、日本等国临床使用的血糖检测指标。此前报道AG可以显著抑制新冠病毒感染,糖尿病患者缺乏AG是其感染新冠后易发展危重症或死亡的重要因素。AG代谢产物1,5-缩水葡糖醇-6-磷酸抑制己糖激酶则是中性粒细胞减少症的病理基础。因此AG代谢包括此次发现的肠道微生物对AG的降解代谢,可能对人类健康具有重要影响。

最后,张雁教授和与会师生进行了深入交流和互动。同学们表示在本次学术报告中收获良多、获益匪浅。

 

张雁教授简历:

张雁,上海交通大学生科院院长、特聘教授、新基石研究员、国家杰青。在南京大学生物系、宾夕法尼亚大学医学院获学士和博士学位,先后在麻省理工学院化学系、美国安迪公司任博士后和资深科学家,2014-2024年任天津大学药学院副教授、教授、讲席教授。主持科技部重点研发课题、国家自然科学基金等项目。近年来揭示了微生物在基础物质和能量代谢上的多样性:1)首次解析了噬菌体二氨基嘌呤(Z)完全取代腺嘌呤(A)基因组的合成机制,拓展了Watson-Crick碱基配对的生命中心法则(Science, 2021; Nat Microbiol2023);2)阐明了厌氧菌的氨基酸降解途径和关键酶的催化机理(色氨酸Nat Commun, 2018、酪氨酸ACS Catal, 2021a、牛磺酸Nat Commun, 2019、脯氨酸J Am Chem Soc, 2022; ACS Catal, 2024);3)发现了新的糖酵解途径(磺基葡萄糖Proc Natl Acad Sci U S A, 2020ACS Catal2021b、脱水葡萄糖醇J Am Chem Soc, 2024);4)发现了嘧啶和嘌呤降解新途径,及其为细菌提供碳源和氮源的机制(ACS Catal, 2021c; Cell Chem Biol, 2023)。在此基础上利用发现的新酶、新基因作为合成生物学元件应用到医药、化工、材料及计算机科学等领域,引起广泛关注。