问题—— 核糖体合成并经翻译后修饰的多肽天然产物，因结构多样、活性丰富，已成为新药先导分子的重要来源。其中，“套索肽”以环状结构与尾部穿套形成的稳定三维构型著称，抗降解能力强，也具有多种潜在生物活性。长期以来，领域内的关键问题是：多数迭代修饰酶更倾向于在线性前体肽上进行多次修饰；而成熟套索肽已形成紧致的三维结构，酶如何识别并在其上实现连续、定点的迭代修饰，机制一直不清楚，也限制了基于成熟骨架开展“后期精修”和分子多样化的效率。 原因—— 传统观点认为，迭代翻译后修饰往往依赖底物以相对开放的线性状态进入酶的活性中心，从而完成多轮催化；但成熟套索肽空间位阻更大、构象受限，既要求酶具有足够精确的结合口袋完成识别，又需要通过构象调控把不同修饰位点依次送入催化中心。这种“稳定结合与动态切换并存”的要求，使成熟套索肽作为迭代修饰底物的证据较少，有关酶的结构基础与分步反应选择性也缺乏系统解释。 影响—— 兰州大学董世辉、雷东升、罗尚文和彭勇等组成的学科交叉团队近期在《Nature Chemical Biology》发表论文，首次揭示一类丰富的GCN5相关N-乙酰转移酶（GNAT）能够对成熟套索肽进行连续两步乙酰化：先作用于环外赖氨酸，再作用于环上赖氨酸。该发现改变了“迭代修饰主要发生在线性前体肽”的常见认知，表明成熟三维构型的核糖体肽同样可以作为迭代修饰平台，为理解核糖体肽化学复杂性的形成提供了新的依据。 研究团队结合高分辨率冷冻电子显微镜与酶学重组验证，解析了关键乙酰转移酶IatT与套索肽的结合模式，阐明其底物结合口袋的构型特征，并确定了区分两步乙酰化反应的关键氨基酸残基。由此，“为何能连续修饰”“两步如何分工”不再停留在推测层面，而获得了结构与实验支撑，为今后在类似系统中预测修饰规律、提高改造成功率提供了基础。 对策—— 研究更以结构信息为导向开展工程化改造：团队基于IatT对乙酰基识别位点的结构特征，对酰基结合口袋进行扩容设计，使其能够容纳更长链酰基，从而在套索肽上实现“脂化”引入，获得脂化套索肽分子。该策略把天然系统中相对“固定”的乙酰化工具，拓展为可延伸的酰基转移平台，为构建疏水性更强、膜亲和性更高或药代性质更优的核糖体肽衍生物提供了路径。 从方法论看，这条“结构解析—关键残基定位—理性改造—产物验证”的链路，为核糖体肽领域开发可编程修饰酶提供了可借鉴的思路。研究指出，该工程策略有望推广至含GNAT编码基因的核糖体肽生物合成基因簇，促进核糖体脂肽在更大范围内实现高效多样化。对天然产物研发而言，这意味着在保留套索肽稳定骨架优势的同时，可通过可控引入不同酰基实现性质调谐，为先导化合物优化提供新的“化学手柄”。 前景—— 面向未来，该成果可能在三个方向持续产生影响：其一，推动核糖体肽翻译后修饰机制研究从“线性前体阶段”延伸到“成熟体精细化改造阶段”，完善对天然产物生物合成逻辑的理解；其二，为抗感染、抗肿瘤或免疫调节等活性分子的发现与优化提供更多结构多样性来源，尤其脂化改造可能带来细胞膜穿透、靶点结合与体内稳定性等性质变化；其三，在合成生物学与药物化学交叉领域，推动“基因编码—酶催化—结构定制”的研发路线更高效落地，降低盲目筛选成本，提高从机理到产物的转化效率。 ，该研究也表明了交叉方法在解决复杂生物化学问题中的作用：冷冻电镜结构解析、酶学重组与化学生物学改造相互支撑，为回答“成熟套索肽如何被迭代修饰”提供了较为完整的解决方案。依托相关科研平台与团队协同，研究在机制阐释与方法创新之间形成闭环，为后续产出高水平原创成果提供了条件。
这项来自中国西部的研究在机制发现与工具拓展上实现了实质性突破，也展示了多学科协作在天然产物与合成生物学研究中的价值。正如该团队负责人所言：“发现自然界的精妙设计，再通过人工改造服务人类健康，这正是合成生物学的终极使命。”