近日，獸醫(yī)學(xué)院動物疫病預(yù)防控制全國重點實驗室、國家獸醫(yī)微生物耐藥性風(fēng)險評估實驗室,、廣東省獸藥研制與安全評價重點實驗室孫堅教授團(tuán)隊在中國工程院院刊Engineering (影響因子10.1)在線發(fā)表了題為“Modular Engineering of a Synthetic Biology-Based Platform for Sustainable Bioremediation of Residual Antibiotics in Aquatic Environments”的研究文章。
抗生素的大量使用引起的藥物殘留是細(xì)菌耐藥性進(jìn)化的重要推手,，已經(jīng)嚴(yán)重威脅動物源食品安全與公共衛(wèi)生安全,。為降低抗生素殘留對病原菌造成的選擇壓力，延緩細(xì)菌耐藥性的發(fā)展,，孫堅教授團(tuán)隊前期提出了“以子之矛攻子之盾”理念,，通過酵母平臺構(gòu)建Tet(X4)降解酶的“生物工廠”，大量生產(chǎn)降解四環(huán)素殘留的功能酶以實現(xiàn)環(huán)境改良（Sci Total Environ 2022, IF：9.8）,。在此基礎(chǔ)上,，利用Tet(X4)黃素單加氧酶的特性，通過搭載銅基類芬頓催化物的方式增強(qiáng)了Tet(X4)在環(huán)境原位中的降解效率（Chem. Eng. J. 2023 IF: 15.1）,。進(jìn)一步通過利用酵母全細(xì)胞裂解物中的生物基質(zhì),，為Tet(X4)原位抗生素降解中提供必需的輔因子與結(jié)構(gòu)保護(hù)，大幅度降低其使用成本并增加了穩(wěn)定性（Environ. Int. 2023, IF: 11.3）,。并通過構(gòu)建工程益生活酵母EMYA-01,，實現(xiàn)了抗生素殘留的體內(nèi)降解（J. Clean. Prod.，IF：9.8）,。為進(jìn)一步平衡抗生素殘留降解中的成本,、效率以及生物安全性，孫堅教授團(tuán)隊基于合成生物學(xué)手段構(gòu)建了一種模擬微生物中微區(qū)室結(jié)構(gòu)（microcompartment）多酶復(fù)合體（multi-enzyme complex）FerTiG（ferritin-caged Tet(X4) with co-factor recycling property that powered by GDH）,。FerTiG整合了微生物中多種功能蛋白相互輔助,，實現(xiàn)對四環(huán)素殘留高效穩(wěn)定安全的降解,。其中，Tet(X4)作為降解模塊負(fù)責(zé)四環(huán)素殘留的分解,，在此基礎(chǔ)上,，循環(huán)模塊GDH能夠通過催化葡萄糖氧化為Tet(X4)提供NADPH作為反應(yīng)的輔基，維持四環(huán)素分解反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行,，共同翻譯的保護(hù)模塊 Ferritin能夠在上述兩種功能酶外部形成一層致密區(qū)室,，抵抗外界逆境因素的干擾，始終維持分解反應(yīng)的高效進(jìn)行,。結(jié)果表明FerTiG能夠在廉價底物葡萄糖的驅(qū)動下快速分解水體中的四環(huán)素殘留,，在降低10倍成本的基礎(chǔ)上提升反應(yīng)效率約7倍。不但如此,，F(xiàn)erTiG相較于單獨降解酶的應(yīng)用能夠在多種逆境條件下（低pH,、高溫、高滲,、紫外輻照等）維持反應(yīng)的高效進(jìn)行,。并且相較于使用活菌，F(xiàn)erTiG展現(xiàn)了優(yōu)越的安全性能,，在降解抗生素殘留的同時最大限度降低了生物安全與生態(tài)安全風(fēng)險,。本研究不但提供了FerTiG作為消除抗生素殘留中的有效策略，還揭示了利用合成生物學(xué)構(gòu)建“仿微區(qū)室結(jié)構(gòu)模塊化功能酶復(fù)合體”通過級聯(lián)催化在清除其他環(huán)境污染物中的功能范式,。
獸醫(yī)學(xué)院孫堅教授和任昊副教授為論文的共同通訊作者,，在讀碩士研究生秦梅林為論文的共同第一作者。相關(guān)研究獲得了“國家自然科學(xué)基金”（項目編號：32102720）,、“創(chuàng)新研究群體項目”（項目編號：32121004）、“廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究研究”（項目編號：2024A04J6509）,、“國家重點研發(fā)計劃”（項目編號：2023YFD1800100）,、特定高校學(xué)科建設(shè)專項”（項目編號：2023B10564003）、“高等學(xué)?？苿?chuàng)新引智計劃”（項目編號：D20008）等項目的資助,。中科院動物研究所白曉園博士、中科院過程工程研究所孫文強(qiáng)博士,、我校資源環(huán)境學(xué)院朱雁平副教授為本研究的開展提供了理論指導(dǎo)與方法支持,。
相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.eng.2025.03.033
文圖/獸醫(yī)學(xué)院
