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菌耐藥性進化的重要推手,，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,，延緩細菌耐藥性的發(fā)展,，孫堅教授團隊前期提出了“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了Tet(X4)在環(huán)境原位中的降解效率（Chem. Eng. J. 2023 IF: 15.1）,。進一步通過利用酵母全細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,，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)進行，共同翻譯的保護模塊 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
