加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的科学家们在研究海藻怎样爆发重大化学毒素的历程中 ，发明了迄今为止生物学中最大的卵白质。通过展现海藻天生重大毒素的生物机制中 ，研究职员还发明了一些此前未知的化学合成战略 ，这种最大的卵白质在天生毒素的历程中起到要害作用。
研究职员在研究一种名为 Prymnesium parvum 的藻类怎样爆发毒素时发明了这种卵白质 ，并将其命名为 PKZILLA-1。
“这就像是卵白质领域的珠穆朗玛峰 ，” 在斯克里普斯海洋学和斯卡格斯药学与制药科学学院联合担当的海洋化学家的布拉德利·摩尔说 ，他是该研究的资深作者。“这拓展了我们对生物学潜力的熟悉。”
PKZILLA-1 的体积比此前的纪录坚持者——保存于人体肌肉中的肌联卵白（Titin）大25%。肌联卵白的长度可达1微米（0.0001厘米或0.00004英寸）。
这项研究由美国国立卫生研究院和国家科学基金会资助的研究揭晓在《科学》杂志上。研究批注 ，这种巨型卵白质与另一种超大但未破纪录的卵白质PKZILLA-2是爆发原澡毒素的要害。别的 ，研究还发明了支持 Prymnesin 背后毒素生产的重大基因 ，这些基由于 Prymnesium parvum 提供了制造卵白质的蓝图。
找到支持Prymnesin毒素天生的相关基因 ，有助于通过水质监测寻找这些基因 ，而不是毒素自己 ，从而刷新有害藻华的监测事情。
“通过监测基因而不是毒素 ，我们可以在藻华爆发前捕获到它 ，而不是比及毒素扩散后才举行识别 ，”斯克里普斯实验室的博士后研究员、该论文的配合第一作者蒂莫西·法伦（Timothy Fallon）说道。
PKZILLA-1和PKZILLA-2卵白质的发明 ，还展现了海藻用于构建毒素的重大细胞装配机制。对这些毒素天生历程的深入明确可能对实验合成新化合物以用于相关领域的科学家有所资助。
“相识大自然怎样进化其化学邪术 ，付与了我们作为科学从业者能够将这些看法应用于创立有用产品的能力 ，”摩尔说。
Prymnesium parvum ，也被称为金藻 ，是一种单细胞水生生物 ，在全球的淡水和咸水中都有发明。金藻爆发的毒素会损害鱼类和其他水生动物的鳃。2022年 ，波兰和德国接壤的奥得河就爆发金藻大宗滋生,这种微生物可能会对从德克萨斯州到斯堪的纳维亚半岛等地的水产养殖系统造成严重破损。
Prymnesin 属于一种被称为聚酮化合物聚醚（Polyketide polyethers）的毒素 ，其中包括Brevetoxin B（赤潮时代常见于佛罗里达州的主要毒素）和雪卡毒素（会对南太平洋和加勒比海地区的珊瑚鱼造成污染）。这些毒素是生物界中最重大且结构最重大的化学物质之一 ，研究职员几十年来一直在起劲弄清这些微生物是怎样生产出云云重大且重大的分子的。
自2019年起 ，摩尔、法伦和维克拉姆·申德（摩尔实验室的另一名博士后研究员 ，也是该论文的配合第一作者）便着手研究金藻在生化和遗传层面上是怎样爆发毒素 Prymnesin 的。
研究团队首先对金藻的基因组举行了测序 ，并寻找与 Prymnesin 生产有关的基因。古板的基因组搜索要领未能取得效果 ，因此团队转而接纳更适合寻找超长基因的替换要领。
“我们最终找到了这些基因 ，效果发明 ，这种藻类用重大的基因来爆发巨型的有毒分子 ，”申德说道。
在找到PKZILLA-1和 PKZILLA-2基因后 ，团队需要研究这些基因所编码的卵白质 ，并将它们与毒素的生产联系起来。法伦体现 ，团队能够像阅读曲谱一样解读这些基因的编码区域 ，并将其转化为组成卵白质的氨基酸序列。
当研究职员完成对 PKZILLA 卵白的组装后 ，他们对其重大的体积感应震惊。PKZILLA-1卵白质的质量创下了4.7兆道尔顿的纪录 ，而 PKZILLA-2也很是重大 ，抵达了3.2兆道尔顿。此前的纪录坚持者肌联卵白（Titin）可抵达3.7兆道尔顿——是典范卵白质的约90倍。
进一步的测试证实 ，金藻在自然条件下确实会爆发这些巨型卵白质。随后 ，研究团队试图确定这些卵白质是否加入了毒素Prymnesin的生产。PKZILLA卵白质现实上是酶 ，它们启动化学反应 ，研究团队通过条记本和钢笔推演了这两个酶涉及的239个化学反应序列。
“最终效果与Prymnesin 的结构完善吻合 ，”申德说道。
通过追踪金藻制造毒素的化学反应链 ，研究展现了自然界中此前未知的化学合成战略。摩尔增补道：“希望我们能够使用大自然怎样制造这些重大化学物质的知识 ，在实验室中开立异的化学可能性。”
发明Prymnesin毒素背后的基因 ，可以为金藻藻华的监测提供更具本钱效益的要领。这种监测可以检测情形中的PKZILLA基因 ，类似于在COVID-19 大盛行时代熟悉的PCR测试。刷新的监测手艺可以提高提防水平 ，并可以更详细地研究藻华容易爆发的条件。
法伦体现 ，研究团队发明的PKZILLA基因是有史以来首个被确以为与任何海洋聚醚类毒素爆发有因果关系的基因。
接下来 ，研究职员希望将他们用于发明PKZILLA基因的非标准筛选手艺应用到其他生产聚醚毒素的物种中。若是他们能够找到其他聚醚毒素（如每年可能影响多达50万人的雪卡毒素）背后的基因 ，那么同样的基因监测要领也可以用于一系列具有全球影响的其他有毒藻华的监测中。
杂志：Science
DOI：https://doi.org/10.1126/science.ado3290
