3月27日，2023年第六期“格微致知”学术论坛顺利开讲。应微生物技术研究院卞小莹教授的邀请，天津大学药学院张雁教授受邀参加“格微致知”研究生学术论坛，作了题为“微生物基础代谢”的学术报告。本次报告由卞小莹教授主持，约140名师生听取了报告。

张雁教授的课题组主要从事金属酶、自由基酶及其催化机制的研究。在本次学术论坛中，张雁教授首先介绍了吲哚乙酸脱羧酶，它是一种O2敏感的甘氨酰自由基酶，催化吲哚乙酸脱羧形成粪臭素。张雁教授课题组表征了它的生化特征，并将其与其他甘氨酰基脱羧酶进行了比较。吲哚乙酸脱羧酶可作为鉴定产生粪臭素的环境和人类相关细菌的遗传标记，影响人类健康和畜牧业。

张雁教授还介绍了在甘氨酸自由基酶(GRE)参与微生物初级代谢研究领域取得的突破性进展。近年来，张雁团队发现厌氧菌中多个新GREs，分别在氨基酸、碳水化合物和能量代谢中起到关键作用，刷新了人们对微生物多样性以及生命基础物质初级代谢的认识。比如发现了一种新的GRE，反式-4-羟基-D-脯氨酸(t4D-HP)C-N-裂解酶(HplG)的结构和活性，并表征了其参与的整个代谢途径。HplG是首个能催化杂环化合物开环反应的GRE，根据酶与底物复合物的晶体结构，张雁教授团队提出HplG自由基介导的1,2-消除开环反应的新颖催化机制。

嘧啶作为核酸重要组成，是自然环境中含量丰富的有机化合物，因而被微生物用作氮、碳以及能量源。张雁教授团队在体外构建了URC1的活性，证实了其底物为尿嘧啶核苷三磷酸（UTP），并首次解析了该家族酶的完整蛋白结构，提出URC1活性中心的一个关键赖氨酸参与催化UTP水解并与其形成共价键。

磺酸葡萄糖是地球上含量最丰富的含硫有机化合物之一，也是地球硫循环的重要组成部分，因此磺酸葡萄糖降解途径的研究对微生物生理、环境科学等具有重大意义。张雁教授团队发现磺酸葡萄糖的三条新降解通路，第一条途径涉及与磷酸戊糖途径相关的转酮醇酶（sulfo-TK途径），第二条途径涉及黄素依赖性的烷基磺酸单加氧酶（sulfo-ASMO途径），第三条途径是革兰氏阳性菌中sulfo-EMP 途径的变体（sulfo-EMP2途径）。一举把人们关于微生物降解磺酸葡萄糖多样性机制的知识拓展了一倍。

遗传信息存储在由A、G、C、T四种碱基组成的DNA序列中。目前唯一的例外是1977年前苏联科学家在感染蓝细菌的一株噬菌体中发现由Z、G、C、T组成的DNA。这类特殊DNA用二氨基嘌呤(Z)完全取代正常的腺嘌呤（A），与胸腺嘧啶（T）配对，形成更稳定的三个氢键，极大地改变了DNA的物理化学特征，然而这类特殊DNA的合成机制及普遍性一直未解。而张雁教授找到了催化这一特殊DNA合成的多个酶，不仅涉及Z的合成，还包括A的消除。最新研究显示了PurZ与PurA的进化路线。

“蓝玫瑰”在英语里意味着无法实现的希望或不可能完成的任务，因为自然界中没有蓝玫瑰。张雁教授课题组首先通过构建双重表达质粒使蓝色细菌色素-靛蓝丰富表达。然后将该质粒转化进入农杆菌中，将农杆菌注射到白玫瑰的花瓣中，使玫瑰细胞表达合成深蓝色的靛蓝的酶。成功研发全球首支蓝玫瑰。

最后，张雁教授与师生们进行了互动。同学们表示在本次学术报告中收获良多、获益匪浅。

张雁教授2006年毕业于美国宾夕法尼亚大学，获遗传学博士学位。2006-2012年先后在美国宾夕法尼亚大学和麻省理工学院从事博士后研究工作。2013年进入R&D Systems lnc.公司，担任资深科学家，2014年加入天津大学，目前担任天津大学药学院讲席教授。研究兴趣包括金属酶、自由基酶、酶催化机理、合成生物学等。2021年获得国家基金委杰出青年基金。近五年研究工作发表在Science, J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun.等顶级期刊。