浙江大学“求是特聘教授”团队博士生以第一作者身份在一区Top期刊（IF 16.3）上发表研究成果

摘要：铁在微生物的生长和代谢中发挥着至关重要的作用，但其过量会引发自由基损伤，威胁细胞生存。为了应对这一挑战，微生物通过铁蛋白家族的成员精确调控细胞内铁的浓度，避免铁引发的氧化应激。铁储存蛋白（Bfr）作为细菌中重要的铁调节分子，能够以同源（homo-Bfr）或异源

铁在微生物的生长和代谢中发挥着至关重要的作用，但其过量会引发自由基损伤，威胁细胞生存。为了应对这一挑战，微生物通过铁蛋白家族的成员精确调控细胞内铁的浓度，避免铁引发的氧化应激。铁储存蛋白（Bfr）作为细菌中重要的铁调节分子，能够以同源（homo-Bfr）或异源（hetero-Bfr）二十四聚体形式存在。虽然同源铁蛋白的结构和功能已有大量研究，但异二聚体铁蛋白的研究却相对较少。该研究通过冷冻电镜技术解析了Shewanella oneidensis的异源二十四聚体细菌储铁铁蛋白（SoBfr12）的结构，揭示了其与同源细菌储铁蛋白在铁稳态调节中的独特进化适应性。

2025年4月1日，浙江大学生命科学学院高海春教授团队，在Advanced Science期刊在线发表了题为“Unveiling Structural Heterogeneity and Evolutionary Adaptations of Heteromultimeric Bacterioferritin Nanocages”的研究论文。通过冷冻电镜技术，该研究首次揭示了S. oneidensis的异源细菌储铁铁蛋白（SoBfr12）的结构，并对比其与同源细菌储铁蛋白的差异，发现hetero-Bfr的离子进出孔道、铁催化氧化中心活性以及血红素结合位点与homo-Bfr有显著差异，这些结构差异为铁的氧化、矿化和还原提供了特化的功能。同时，进化分析进一步揭示了hetero-Bfr的进化路径。

尽管homo-Bfr已被深入研究，但hetero-Bfr作为一种由两个不同亚单位组成的铁储存纳米笼，其结构和功能至今尚未得到充分研究。该研究以S. oneidensis的异源二十四聚体细菌储铁蛋白SoBfr12作为hetero-Bfr代表研究对象，通过冷冻电镜技术解析得到了分辨率2.6 Å的SoBfr12结构。SoBfr12虽然与homo-Bfr拥有相似的球形结构，但由于组成亚基种类的不同，其孔道亚型表现出更多的变异。例如，B孔、4倍孔和3倍孔的亚型数量远多于homo-Bfr，这可能使得Fe2+等离子更倾向于通过某些特定的孔道进入纳米笼。这种差异化的孔道配置可能有助于优化铁的吸收和释放。此外，与homo-Bfr相比，hetero-Bfr的两种不同亚基功能分工明确，使其在铁的储存与释放过程中能够进行更精细的调控。

在对细菌储铁蛋白的进化分析，研究者提出了TD型和DSD型hetero-Bfr进化的可能路径。TD型hetero-Bfr可能来源于homo-Bfr的串联重复，而DSD型则可能起源于铁蛋白基因的分散重复。此外，在S. oneidensis中，homo-Bfr与hetero-Bfr的亚基能够共同组装成功能性的纳米笼，表现出高度的适应性和可塑性，这也为铁蛋白家族成员之间的功能互补提供了新的视角。