蛋白激酶样结构域的系统性发现揭示了人类口腔微生物组中多样化的进化策略

蛋白激酶样（PKL）超家族参与调控细菌的代谢、生物膜形成、宿主互作和抗菌药物耐药性，尽管其多样性在很大程度上仍未被认识。我们采用了一种基于结构的分析流程，将蛋白质结构预测与结构相似性搜索相结合，对人类口腔微生物组数据库（HOMD）中的510万条蛋白质序列进行了检索。结合此前已表征的30个家族，我们在该基因组集合中鉴定出20个新的PKL家族，其中15个为完全新发现的家族，另有5个此前曾作为初步研究结果报道。我们的分类学分析显示，这些家族要么分布于多个细菌门，要么局限于单一物种；跨越不同生物分类域的命中结果提示，这些家族可能具有古老的起源，或经历了水平转移。我们对其中3个家族进行了深入研究，发现它们遵循不同的进化路径：来自Segetibacter aerophilus的SEAE1，可能是一种脂质激酶；来自Porphyromonas gingivalis的POGI1，可能是一种具有PKL折叠、且仅限于病原体的乙醇胺激酶；以及来自Haemophilus parainfluenzae的SrfA-N，这是一种非催化性支架蛋白，通过趋同进化被重新招募为三方毒素平台。总体而言，这些实例展示了酶功能特化、病原体特异性适应以及结构的功能再利用。所鉴定出的这些家族可作为进一步机制研究的候选对象。

蛋白激酶样（PKL）超家族调控细菌中的代谢、生物被膜形成、宿主互作以及抗菌药物耐药性，尽管其多样性仍有很大一部分尚未被发现。我们采用基于结构的分析流程，将蛋白质结构预测与结构相似性搜索相结合，对人类口腔微生物组数据库（HOMD）中的510万条蛋白质序列进行了检索。结合此前已表征的30个家族，我们在该基因组集合中鉴定出20个此前未被发现的PKL家族：其中15个为完全新发现的家族，另有5个此前仅作为初步结果被报道。我们的分类学分析显示，这些家族有的分布于多个细菌门，有的则局限于单一物种；跨越不同分类域的命中结果提示，这些家族可能具有古老起源，或经历了水平基因转移。我们对其中3个家族进行了详细研究，发现它们呈现出不同的进化路径：来自Segetibacter aerophilus的SEAE1可能是一种脂质激酶；来自Porphyromonas gingivalis的POGI1可能是一种具有PKL折叠、且仅见于病原体的乙醇胺激酶；来自Haemophilus parainfluenzae的SrfA-N则是一种非催化性支架，并通过趋同演化被征用为三元毒素平台。综上，这些实例展示了酶功能特化、病原体特异性适应以及结构征用。所鉴定出的这些家族可作为进一步机制研究的候选对象。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.18.752743v1?rss=1

🏷️ 蛋白激酶样结构域 口腔微生物组 结构生物信息学 蛋白质家族发现 水平基因转移 功能趋同进化