10月3日，國際學(xué)術(shù)期刊Nucleic Acids Research在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中心張國慶研究員與中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心周志華研究組的合作論文“RDBSB: a database for catalytic bioparts with experimental evidence”。該研究構(gòu)建了首個面向合成生物學(xué)設(shè)計的催化元件數(shù)據(jù)庫RDBSB，提供了83,193個具有實驗證據(jù)的催化元件在線查詢平臺（https://www.biosino.org/rdbsb），同時還提供了PathFinder工具，可以根據(jù)底物和目標(biāo)產(chǎn)物設(shè)計相應(yīng)的合成途徑，并能完整復(fù)現(xiàn)例如晚期肝細(xì)胞癌的治療藥物淫羊藿素和棉鈴蟲性信息素的人工合成途徑設(shè)計過程。
催化元件是設(shè)計、構(gòu)建和優(yōu)化特定代謝途徑乃至生命系統(tǒng)的基礎(chǔ)，一個可靠的、經(jīng)過實驗驗證的催化元件數(shù)據(jù)庫對于設(shè)計和優(yōu)化這些生命系統(tǒng)至關(guān)重要。而現(xiàn)有的生物元件庫缺乏底盤、催化反應(yīng)最佳pH和溫度等對合成過程至關(guān)重要的信息。為了填補這一空白，研究團隊從各種數(shù)據(jù)庫整合了總計390,708個催化元件，通過審編后得到了83,193個有實驗驗證的催化元件，包含大量的轉(zhuǎn)移酶、水解酶和氧化還原酶（圖1A）。其中，3200個催化元件包括最適催化反應(yīng)溫度（20°C至40°C）、最適pH值（6-9）等關(guān)鍵信息（圖1B）。這些催化元件大部分來源于細(xì)菌、后生動物和植物（圖1C）。
基于此，研究團隊設(shè)計并構(gòu)建了合成生物學(xué)元件和數(shù)據(jù)庫（以下簡稱RDBSB），在線提供系統(tǒng)審編的定性和定量催化信息，包括元件的活性、底物、催化反應(yīng)最佳pH值和溫度以及底盤特異性等關(guān)鍵參數(shù)。平臺還提供了包括MapView、AlphaFold、PVQD和PathFinder等在內(nèi)的豐富的在線元件和途徑設(shè)計工具。通過RDBSB，用戶不僅可以在線搜索并查閱催化元件詳細(xì)的定性和定量信息及其對應(yīng)的參考文獻，還可以提交新的催化元件，促進數(shù)據(jù)的快速共享與利用。截至目前，RDBSB已為一千多個催化元件共享提供了支撐。該數(shù)據(jù)庫將極大豐富合成生物學(xué)途徑設(shè)計的可用資源，為研究人員提供必要的工具。
中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中心高級工程師劉婉、博士研究生莊心昊、中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心副研究員王平平為論文共同第一作者。中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所張國慶研究員和中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心周志華研究員、嚴(yán)興研究員為論文共同通訊作者。該研究得到了科技部國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性生物資源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃等項目的支持。
文章鏈接：https://academic.oup.com/nar/article-lookup/doi/10.1093/nar/gkae844
圖1：RDBSB數(shù)據(jù)概況。（A）催化元件在ENZYME數(shù)據(jù)庫分類的分布情況。(B)經(jīng)實驗驗證的催化元件在酶類別、底盤、最佳pH值和最佳溫度的分布。(C)根據(jù)NCBI分類法分類的元件來源生物的分布情況。
圖2：RDBSB在線分析和設(shè)計功能。（A）GmOMT2的MapView示例。視圖提供催化元件、底盤、物種和化合物之間的關(guān)系。（B）利用PVQD和AlphaFold對GmOMT2進行三維構(gòu)象和結(jié)構(gòu)預(yù)測。（C）PathFinder復(fù)現(xiàn)人工生物合成途徑設(shè)計的實例：酵母中晚期肝細(xì)胞癌治療藥物淫羊藿素的人工合成途徑和棉鈴蟲性信息素的人工合成途徑。
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