?黃連堿與脲酶活性中心的結(jié)合機(jī)制。受訪者供圖

近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在瘤胃細(xì)菌脲酶天然抑制劑開發(fā)方面取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了一種能抑制脲酶活性的天然化合物——黃連堿，并揭示了黃連堿抑制脲酶活性的機(jī)制，為提高尿素氮利用率和減少氮排放提供了指導(dǎo)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《大環(huán)境科學(xué)》（Science of The Total Environment）。

脲酶是反芻動物瘤胃中催化尿素分解產(chǎn)生氨的關(guān)鍵酶，利用抑制劑調(diào)控脲酶活性可以有效提高瘤胃微生物對尿素氮的利用效率，同時減少氮的排放。植物源天然化合物具有高安全性、高生物利用度等優(yōu)點(diǎn)，是目前新型飼料添加劑開發(fā)的首選目標(biāo)。

為了實(shí)現(xiàn)脲酶抑制劑的高通量篩選，研究人員以奶牛瘤胃細(xì)菌脲酶結(jié)構(gòu)蛋白的活性中心為靶標(biāo)，利用分子對接技術(shù)篩選植物源化合物庫，同時分析脲酶活性。結(jié)果篩選獲得了具有高效抑制作用的植物源天然化合物——黃連堿。

該化合物對脲酶的半抑制濃度（IC50）為2.45 μM，抑制能力是商業(yè)產(chǎn)品乙酰氧肟酸的10倍。黃連堿顯著降低瘤胃微生物發(fā)酵時尿素分解速率和氨生成速率，驗(yàn)證了黃連堿在瘤胃中具有抑制尿素分解的作用。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，黃連堿通過與脲酶活性中心的鎳離子以及柔性區(qū)域的氨基酸作用發(fā)揮抑制能力，鑒定了主要靶標(biāo)氨基酸為丙氨酸（第362位）、組氨酸（第320位）、半胱氨酸（第318位）。

該研究建立了高通量篩選微生物功能調(diào)控化合物的方法，揭示了黃連堿抑制脲酶的效果和機(jī)制，為新型天然脲酶抑制劑飼料添加劑開發(fā)提供了支撐。

該研究得到中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院重大任務(wù)、國家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技體系和動物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目資助。賀越為文章第一作者，趙圣國和王加啟為通訊作者。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151946

來源：中國科學(xué)報