加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所的研究团队在一项新研究中揭示了一种名为小定鞭金藻（Prymnesium parvum）的微藻如何生产复杂毒素的秘密。这项研究发现了一个生物学领域中前所未见的巨大蛋白质——PKZILLA-1，其体积比前纪录保持者——人体肌肉中的titin蛋白还要大25%，长度可达惊人的1微米。这一发现不仅刷新了蛋白质尺寸的记录，还打开了新药研发和新材料探索的大门。

相关研究成果已在2024年8月9日的《Science》期刊上发表，论文标题为“Giant polyketide synthase enzymes in the biosynthesis of giant marine polyether toxins”。

 

研究背景

 

小定鞭金藻是一种全球分布的单细胞生物，其生长过度时会导致鱼类死亡，这是因为其分泌的毒素可损害鱼鳃。2022年，该藻类在波兰与德国边境的奥得河爆发，造成了500至1000吨鱼类的死亡。它对全球各地的水产养殖业构成威胁。

 

研究亮点

 

巨大蛋白质PKZILLA-1和PKZILLA-2：研究团队发现了一种巨大的多酮合成酶蛋白PKZILLA-1及其较小的同僚PKZILLA-2，它们共同负责合成小定鞭金藻的致命毒素——prymnesin。

巨型基因：研究团队还发现了控制这些巨无霸蛋白生产的异常巨大的基因。这一发现可能极大地改善对小定鞭金藻引发的有害藻华的监测手段。

聚酮聚醚毒素的合成：小定鞭金藻产生的毒素属于一类名为聚酮聚醚的化合物，这些毒素是生物学中最大且结构最复杂的分子之一。研究者通过计算验证了这两种酶触发的239个化学步骤，与小定鞭金藻毒素的结构完全一致。

研究方法：研究小组首先对小定鞭金藻的基因组进行测序，使用专门的技术来发现超长基因，最终发现了小定鞭金藻使用巨型基因生产巨型有毒分子的秘密。

未来展望

 

新药研发与新材料探索：这一发现为科学界提供了深入理解自然界化学魔法的窗口，预示着在医药和工业领域潜在的革新应用。

监测技术：基因监测技术的应用将使得对小定鞭金藻的监控更加高效且经济，类似于COVID-19疫情期间广泛使用的PCR测试。此外，研究团队计划将他们的非传统筛选技术应用于其他产生聚酮聚醚毒素的物种，以期发现更多毒素背后的基因，为全球范围内的有害藻类水华提供预警机制。

这一突破性发现不仅是对小定鞭金藻毒素制造机制的重大突破，也为科学研究提供了新的工具和方向，有望带来对有害藻华的更有效管理，以及新药物和材料的开发。