便便为何那么臭？新发现或对人类健康和畜牧业有影响(2)

“尽管这个化学反应和人类的生存环境以及畜牧业存在种种关联，但因为它对氧气非常敏感，因而了解它的催化机制具有很大的挑战性。”张雁说。他与美国伊利诺伊大学教授赵惠民、上海科技大学生命科学与技术学院iHuman研究所研究员赵素文团队等合作，聚焦研究厌氧菌里的自由基化学。

合作团队发现，细菌通过降解色氨酸生成粪臭素，这一生化途径的最后一步依赖于一种此前未知的酶——吲哚乙酸脱羧酶（IAD）。“吲哚羧酸化合物脱羧是一种自由基反应，在化学上很难实现。据我们所知，只能由IAD完成。”研究共同通讯作者赵惠民在电子邮件中告诉《中国科学报》记者。

据介绍，由于自由基没有配对的电子，很容易得到电子和失去电子，从而与任何其他物质反应，因此其寿命非常短暂，只有几毫秒甚至几微秒。“但生命进化过程中的一些酶可以通过蛋白折叠把自由基折叠到蛋白质中，从而让它不那么短命，甚至可能很稳定，催化很难的化学反应，如这项研究中的脱羧反应。”张雁说。

这篇论文中发现的新甘氨酸自由基酶——IAD正是如此。研究人员在大肠杆菌中表达了这种酶，然后喂给它一些吲哚乙酸盐，随后用气相色谱法确认所得到的“奖励”正是粪臭素。

遗传标志

未来，IAD可以作为判断粪臭素存在的标志。“在未来新测序的细菌中要鉴定该酶是否存在只需要和这些功能已知的IAD进行序列比对，看活性口袋的残基是否保守即可。”赵素文告诉《中国科学报》记者。

“在新研究中，粪臭素恰巧是挥发性的，它的强烈气味是细菌代谢旺盛的标志，并且人体也已经演化出了对这种气味的敏感。”赵惠民补充说，“基于IAD的DNA序列，人们还可以通过DNA测序快速确定人体和环境样品中是否存在粪臭素产生菌。”