近日，中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所奶業創新團隊在瘤胃細菌脲酶天然抑制劑開發方面取得新進展，發現了一種能抑制脲酶活性的天然化合物——黃連堿，并揭示了黃連堿抑制脲酶活性的機制，為提高尿素氮利用率和減少氮排放提供了指導。相關研究成果發表于《大環境科學》（Science of The Total Environment）。
黃連堿與脲酶活性中心的結合機制
脲酶是反芻動物瘤胃中催化尿素分解產生氨的關鍵酶，利用抑制劑調控脲酶活性可以有效提高瘤胃微生物對尿素氮的利用效率，同時減少氮的排放。植物源天然化合物具有高安全性、高生物利用度等優點，是目前新型飼料添加劑開發的首選目標。
為了實現脲酶抑制劑的高通量篩選，研究人員以奶牛瘤胃細菌脲酶結構蛋白的活性中心為靶標，利用分子對接技術篩選植物源化合物庫，同時分析脲酶活性。結果篩選獲得了具有高效抑制作用的植物源天然化合物——黃連堿。
該化合物對脲酶的半抑制濃度（IC50）為2.45 μM，抑制能力是商業產品乙酰氧肟酸的10倍。黃連堿顯著降低瘤胃微生物發酵時尿素分解速率和氨生成速率，驗證了黃連堿在瘤胃中具有抑制尿素分解的作用。
進一步分析發現，黃連堿通過與脲酶活性中心的鎳離子以及柔性區域的氨基酸作用發揮抑制能力，鑒定了主要靶標氨基酸為丙氨酸（第362位）、組氨酸（第320位）、半胱氨酸（第318位）。
該研究建立了高通量篩選微生物功能調控化合物的方法，揭示了黃連堿抑制脲酶的效果和機制，為新型天然脲酶抑制劑飼料添加劑開發提供了支撐。
該研究得到中國農業科學院重大任務、國家農業產業技體系和動物營養學國家重點實驗室等項目資助。賀越為文章第一作者，趙圣國和王加啟為通訊作者。