鐵在微生物的生長和代謝中發揮著至關重要的作用，但其過量會引發自由基損傷，威脅細胞生存。為了應對這一挑戰，微生物通過鐵蛋白家族的成員精確調控細胞內鐵的濃度，避免鐵引發的氧化應激。鐵儲存蛋白（Bfr）作為細菌中重要的鐵調節分子，能夠以同源（homo-Bfr）或異源（hetero-Bfr）二十四聚體形式存在。雖然同源鐵蛋白的結構和功能已有大量研究，但異二聚體鐵蛋白的研究卻相對較少。該研究通過冷凍電鏡技術解析了Shewanella oneidensis的異源二十四聚體細菌儲鐵鐵蛋白（SoBfr12）的結構，揭示了其與同源細菌儲鐵蛋白在鐵穩態調節中的獨特進化適應性。

2025年4月1日，浙江大學生命科學學院高海春教授團隊，在Advanced Science期刊在線發表了題為“Unveiling Structural Heterogeneity and Evolutionary Adaptations of Heteromultimeric Bacterioferritin Nanocages”的研究論文。通過冷凍電鏡技術，該研究首次揭示了S. oneidensis的異源細菌儲鐵鐵蛋白（SoBfr12）的結構，并對比其與同源細菌儲鐵蛋白的差異，發現hetero-Bfr的離子進出孔道、鐵催化氧化中心活性以及血紅素結合位點與homo-Bfr有顯著差異，這些結構差異為鐵的氧化、礦化和還原提供了特化的功能。同時，進化分析進一步揭示了hetero-Bfr的進化路徑。

盡管homo-Bfr已被深入研究，但hetero-Bfr作為一種由兩個不同亞單位組成的鐵儲存納米籠，其結構和功能至今尚未得到充分研究。該研究以S. oneidensis的異源二十四聚體細菌儲鐵蛋白SoBfr12作為hetero-Bfr代表研究對象，通過冷凍電鏡技術解析得到了分辨率2.6 ?的SoBfr12結構。SoBfr12雖然與homo-Bfr擁有相似的球形結構，但由于組成亞基種類的不同，其孔道亞型表現出更多的變異。例如，B孔、4倍孔和3倍孔的亞型數量遠多于homo-Bfr，這可能使得Fe2+等離子更傾向于通過某些特定的孔道進入納米籠。這種差異化的孔道配置可能有助于優化鐵的吸收和釋放。此外，與homo-Bfr相比，hetero-Bfr的兩種不同亞基功能分工明確，使其在鐵的儲存與釋放過程中能夠進行更精細的調控。

在對細菌儲鐵蛋白的進化分析，研究者提出了TD型和DSD型hetero-Bfr進化的可能路徑。TD型hetero-Bfr可能來源于homo-Bfr的串聯重復，而DSD型則可能起源于鐵蛋白基因的分散重復。此外，在S. oneidensis中，homo-Bfr與hetero-Bfr的亞基能夠共同組裝成功能性的納米籠，表現出高度的適應性和可塑性，這也為鐵蛋白家族成員之間的功能互補提供了新的視角。

浙江大學生命科學學院高海春教授和陳景華研究員為論文的通訊作者，高海春教授課題組博士生李盈曦為論文的第一作者，博士生王衛衛、王偉參與了部分研究。浙江大學醫學院張興教授參與了該研究工作。該工作得到國家自然科學基金、浙江省自然科學基金項目的資助。

來源：浙江大學