通过萤火虫推断部分非核糖体编码规则

当马拉赫尔在20世纪90年代末开始其开创性工作，致力于破解非核糖体肽合成酶的编码规则时，已有160个A结构域被测序，它们所对应的氨基酸也已通过实验确定。然而，每个A结构域如何特异性地识别并编码某一特定氨基酸，仍然不明确。

我们在主章节中展示过三个A结构域区段的比对，但事实上，马拉赫尔将全部160个已鉴定的A结构域进行了系统比对，以揭示其中保守的核心区域。尽管如此，这一比对中的哪些列真正定义了非核糖体编码的特征仍不清楚。

转机来自一个意想不到的盟友：最常见的萤火虫种类——Photinus pyralis。萤火虫体内会产生一种名为荧光素酶的酶，使其能够在夜间发光以吸引配偶。不同物种的发光模式各不相同，雌性会根据同种雄性的闪光颜色、持续时间和强度来识别伴侣。

那么，萤火虫与非核糖体编码有何关联？萤火虫的荧光素酶属于一类称为腺苷酸形成酶的酶，这类酶与腺苷酰化结构域具有高度相似性。因此，当彼得·布里克于1996年发表萤火虫荧光素酶的三维结构时，马拉赫尔立即注意到这一发现。1997年，他与布里克合作，利用萤火虫荧光素酶作为骨架，重建了首个A结构域的三维结构——该结构域编码苯丙氨酸（Phe）。值得一提的是，这个A结构域来自一种合成短杆菌肽S（Gramicidin S）的非核糖体肽合成酶，而短杆菌肽S是最早实现大规模生产的抗生素之一。

马拉赫尔与布里克实际上构建了一个包含A结构域和苯丙氨酸（Phe）的更大复合物的三维结构。该结构揭示了A结构域中靠近Phe的氨基酸残基位置，提出了一个假想的活性口袋。马拉赫尔随后通过实验和计算方法进一步证明，该活性口袋中的氨基酸决定了非核糖体编码规则，从而解释了我们在本章开头展示的三向比对图中出现的8个紫色列。

下表展示了马拉赫尔推导出的部分非核糖体编码规则。尽管他已经识别出一些关键信号序列，但非核糖体编码具有很强的冗余性，即多个不同的突变版本的信号序列仍可编码相同的氨基酸。对于某些氨基酸而言，这种冗余尤为明显。例如，马拉赫尔发现了三种截然不同的信号序列——AWMFAAVL、AFWIGGTF 和 FESTAAVY——均编码缬氨酸（Val）。