砷菌素（Arsinothricin，AST）是由唐菖蒲伯克氏菌（Burkholderia gladioli GSRB05）产生的一种有机砷天然产物。砷菌素与谷氨酸结构相似，使它能够靶向原核生物的谷氨酰胺合成酶（GS），对革兰氏阳性和阴性细菌均具有较好的抑制活性。除了优良的广谱抗菌活性以外，砷菌素对疟疾寄生虫也具有显著的抑制作用。由于砷菌素对人类GS的亲和力较低，对人类细胞毒性较小，使其成为具有潜力的抗感染药物前体。因此对于砷菌素合成方法的研究具有重要的科学意义和应用价值。 

砷菌素的获得无论通过发酵还是化学合成，都面临诸多挑战。例如，原产菌B. gladioli GSRB05经过16天的培养，砷菌素的产量不足0.1 mg/L，这使其通过发酵方式获得较为困难。砷菌素的化学合成虽然有诸多报道，但这些合成路线通常需要多步反应，产率较低，并且只能获得外消旋的混合物，需要额外的分离纯化步骤。

张琪团队对砷菌素生物合成中关键SAM自由基酶ArsL进行了详细的研究。研究中意外的发现，ArsL对于二甲基亚砷酸盐的活性，要远远高于其天然底物亚砷酸。利用这一发现，研究团队提出了通过农业除草剂甲基砷酸盐（MAs^V）转化为砷菌素的“一锅法”化学酶法合成新策略。更令人惊讶的是，研究人员发现ArsL酶的C末端区域进行单点突变后，酶的活性提高超过50倍！此ArsL突变体能够高效地催化甲基砷酸盐转化为砷菌素，从而实现了在无细胞体系中砷菌素亚克级别的合成。这一发现不仅为砷菌素的合成提供了新的方法，也为SAM自由基超家族酶在绿色合成上的应用提供了重要的思路和研究案例。

相关工作以题为One-pot chemoenzymatic synthesis of arsinothricin and the mechanistic insights into the noncanonical radical SAM enzyme ArsL的研究论文发表于催化领域Top期刊ACS Catalysis。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscatal.4c04938

                                                 [三审三校:张 琪 胡晓玉 熊 斌]