邻苯二甲酸酯（Phthalates esters, PAEs）是一种人工合成的有机化合物，作为增塑剂可用作农业薄膜、化妆品、食品包装和医疗卫生用品的生产原料。PAEs由于因其特殊的物理性质，很容易从塑料制品种迁移到土壤中造成污染。迄今，已在多种环境样本中检测到多种PAEs化合物的复合污染。近年来，人们已经发现了众多的PAEs降解微生物菌株。然而，其降解速率和底物谱并不理想，这大大限制了微生物降解PAEs的研究进展。
我院钟卫鸿教授团队以混合PAEs为唯一碳源进行降解菌株筛选，发现一株能够高效降解多种PAEs的红球菌Rhodococcus sp. AH-ZY2 ，通过全基因组，转录组和代谢通路分析，结合酶反应动力学性质分析和分子动力学模拟等手段，解析了Rhodococcus sp. AH-ZY2对PAEs复合污染的降解特性及其组学和酯学机制。
Rhodococcus sp. AH-ZY2可在48 h内DMP, DEP, DPrP, DBP, BBP, DEHP, DnOP 和DiNP 等8种PAEs完全降解。通过基因组，转录组分析及NCBI比对，预测该菌株含20个可能的酯酶基因，异源表达验证了其中11个功能酯酶基因。其中，5359 编码的III 型酶 Carboxylesterase对长链和短链 PAEs 均有催化效果。而 3963 与 4547 编码的I 型酶，只能催化短链 PAEs 到单酯的降解。5294编码的蛋白质为降解邻苯二甲酸单二乙基己酯 (MEHP) 的 II 型酶。酯酶 5359 降解 PAEs 底物谱较广，且对 DnOP 降解效果较强，分子对接显示：该酯酶的催化活性中心口袋较大，疏水性较强，有利于长链烷基的结合。课题组进一步通过分子动力学对接及分子动力学模拟分析了5359酯酶与DBP和DnOP的作用方式及结合位点。
该研究不仅发现了一株能够高效降解多种PAEs的红球菌，而且发现该红球菌降解PAEs复合污染物的能力及其选择性与体内共存的丰富的多种类型酯酶有关（含有多个I型，II型， III型酯酶）。因此，Rhodococcus sp. AH-ZY2是一株高效修复环境中PAEs复合污染的菌株，有很好的实用价值，也为未来合成生物学构建更高效的复合污染降解底盘细胞提供了丰富和高效的元件。
Figure 1 Proposed overall PAEs metabolism pathway of Rhodococcus sp. AH-ZY2
Figure 2 Protein sequences alignment and Phylogenetic relationship
Figure 3 Catalytic properties of esterase 5359 for mixed PAEs and its enzymatic dynamics.
Figure 4 Molecular docking simulation of 5359 and 3963 esterase from Rhodococcus sp. AH-ZY2
Figure 5 Molecular dynamics simulation analysis of 5359-DBP and 5359-DnOP complexes.
相关研究成果2024年5月以“Simultaneously degradation of various phthalate esters by Rhodococcus sp. AH-ZY2: strain, omics and enzymatic study”为题，在环境科学类权威期刊 (中科院一区top) Journal of Hazardous Materials（IF=13.6）发表。我院2023级生物化工博士生侯正雨为论文第一作者；我院钟卫鸿教授为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金 (32370104), 国家重点研发计划 (2021YFA0909500)和浙江省自然科学基金 (Q23C010011) 的支持。
论文信息:
Zhengyu Hou, Hejuan Pan, Mengjie Gu, Xiaowang Chen, Tongtong Ying, Pei Qiao, Junwei Cao, Haixia Wang, Tong Hu, Lianbao Zheng, Weihong Zhong*, Simultaneously degradation of various phthalate esters by Rhodococcus sp. AH-ZY2: Strain, omics and enzymatic study, Journal of Hazardous Materials, 2024, 474: 134776，
论文链接
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134776.