科学家们发现，人类受体蛋白能够以与细菌完全相同的方式检测单个氨基酸。这一发现可能会增强源自氨基酸GABA的药物，但也具有进化意义：它增加了稀少的证据，表明细菌和人类在感知生命的基本成分(如氧气)方面存在共同点和食物。

细胞表面的受体检测各种营养物质——例如脂肪、糖和维生素——但使用称为传感器的不同类型的蛋白质片段，目前还没有常见的化学检测机制。

在这项工作中，科学家们发现了一种存在于许多不同受体中的通用传感器，该传感器通过与所有氨基酸共享的两组原子精确相互作用来检测氨基酸。

“我们第一次发现了检测氨基酸的通用方法。几乎每个有机体都可以通过这种机制做到这一点，”该研究的资深作者、俄亥俄州立大学微生物学教授IgorJouline说。

“根据我们的经验，我们很少能以如此精确的方式将非常具体的感觉功能从细菌推断到人类身上，因为这些生命形式之间的进化时间如此之长——大约30亿年。”

该研究于今天(2022年3月1日)发表在《国家科学院院刊》上。

氨基酸是生命的基石，它根据存储在基因中的信息组装蛋白质，这些蛋白质在细胞内完成大部分工作。

在对引起人类感染的细菌的早期研究中，Jouline的实验室和西班牙的合作者发现了几种识别氨基酸的受体，并确定了所有这些蛋白质共有的结构特征。为了进一步了解这一特征，第一作者、Jouline实验室的研究科学家VadimGumerov寻找具有相似受体的其他生物体，在检测氨基的非常特殊的结构特征(称为基序酸。通过对序列和结构信息的分析，Gumerov确定了人类受体中的氨基酸结合基序。

该基序位于穿过细胞外膜的蛋白质的外部片段中。将他们的计算与可用的实验数据相结合，该团队确定该基序存在于跨越生命之树的生物体中发现的蛋白质中，除了真菌和少数植物物种。进一步的分析表明，所有含有基序的蛋白质都与氨基酸结合——而且只有氨基酸。

在细菌中，这种传感器帮助生物体导航到氨基酸，这是一种重要的食物来源。

“它是细菌原始神经系统的一部分，可以检测信号并帮助它们做出决定，”Jouline说。“有一个惊人的相似之处，因为在人类中，这种氨基酸传感器也是神经系统的一部分。我们在人体钙通道中发现了这种传感器，它调节神经递质从几个神经元组织中的突触释放。这些钙通道的故障会导致神经病疼痛。”

这就是GABA的用武之地。在这项研究之前，药物开发人员知道源自GABA(γ-氨基丁酸)的药物，用于治疗神经性疼痛、纤维肌痛和癫痫发作，通过附着于人类神经系统中的蛋白质来缓解与这些疾病相关的症状。

事实证明，这种蛋白质是研究小组在人体中发现的一种蛋白质，它含有能够检测包括GABA在内的氨基酸的基序。

英国的合作者帮助证实了这一发现，他们使用与人类蛋白质功能完全相同的大鼠蛋白质在实验中测试了突变基序的效果。改变基序改变了整个受体的功能，阻止了GABA衍生药物加巴喷丁的有效连接。

“我们的工作不是解决药理学问题，但它准确地显示了人类蛋白质GABA衍生药物将结合的位置，以及它们将如何结合，”Jouline说。“这很重要，因为现在如果他们想改进它或测试不同版本的药物，他们知道确切的化学环境。我们提供了这两个缺失点——药物的哪一部分将与蛋白质的哪一个氨基酸结合，以及它在3D空间中的定向方式。”

尽管对于细菌和人类在生物学上究竟有什么共同点这个古老的问题可能永远不会有明确的答案，但Jouline已经开始更广泛地寻找在维持生命中发挥作用的传感器。

“现在我们知道在哪里看——不是整个蛋白质，而是它们参与识别对所有生命系统重要的物理和化学参数的片段，”他说。