微生物代謝國家重點實驗室在環(huán)境毒物分解代謝分子機制研究取得系列重要成果
?????? 近日，上海交通大學生命科學技術(shù)學院微生物代謝國家重點實驗室-微生物分解代謝方向研究又取得重要突破，許平教授研究團隊連續(xù)在微生物學重要期刊Molecular Microbiology發(fā)表三篇研究論文，進一步闡述尼古丁等環(huán)境毒物的降解機制。
?????? 在煙草加工過程中會產(chǎn)生大量富含尼古丁等煙堿類化合物的固體和液體廢棄物，易進入地下水對環(huán)境造成一定的影響，因此降低煙草廢棄物中尼古丁含量對于維護人類的健康和環(huán)境保護有著重要的意義。惡臭假單胞菌S16能夠以尼古丁作為底物生長并將其完全礦化，在降低煙草中尼古丁含量和處理煙草廢物的過程中發(fā)揮重要作用。課題組成員通過研究假單胞菌屬中參與重要環(huán)境毒物尼古丁分解代謝的一個新的調(diào)控蛋白NicR2與DNA的結(jié)合方式，發(fā)現(xiàn)NicR2雖然包含helix-turn-helix (HTH) motif，其結(jié)合DNA的方式卻與β-片型調(diào)控蛋白類似。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的HTH型調(diào)控蛋白結(jié)合DNA的模型。該研究成果《An unusual repressor controls the expression of a crucial nicotine-degrading gene cluster in Pseudomonas putida S16》以封面論文的形式發(fā)表在Molecular Microbiology上。
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?????? 該尼古丁微生物分解代謝途徑中還存在許多具有重要的生物化學研究價值和化學催化應(yīng)用價值的酶。研究團隊成功解析了N-甲酰馬來酰胺酸脫甲?；窷fo與馬來酰胺酸脫氨基酶Ami的晶體結(jié)構(gòu)，以及Ami與其產(chǎn)物馬來酸的復合物的晶體結(jié)構(gòu)。通過酶活性動力學檢測、計算機分子對接模擬、量子化學計算，揭示了Nfo與Ami雖然同為酰胺水解酶，但卻有著針對各自底物量身定制的活性位點結(jié)構(gòu)，從而不能互相交換酰胺底物進行交叉水解反應(yīng)的特殊巧妙的分子機制。研究成果發(fā)表在了同期的Molecular Microbiology上《Structural insights into the specific recognition of N-heterocycle biodenitrogenation-derived substrates by microbial amide hydrolases》。
?????? 同時研究團隊還發(fā)表了S16菌株尼古丁降解過程中關(guān)鍵酶-馬來酸異構(gòu)酶Pp-Iso結(jié)構(gòu)的研究成果《Structural and computational studies of the maleate isomerase from Pseudomonas putida S16 reveal a breathing motion wrapping the substrate inside》，揭示了底物馬來酸被馬來酸異構(gòu)酶完全包裹在內(nèi)部，而不像通常底物處在酶分子表面的溝或口袋里。通過分子動力學模擬，發(fā)現(xiàn)馬來酸異構(gòu)酶有兩個loop，像開關(guān)一樣一張一合，控制底物的進入與產(chǎn)物的釋放。馬來酸異構(gòu)酶采取這種特殊的方式，催化馬來酸雙鍵的順反異構(gòu)，并防止副反應(yīng)的發(fā)生，為異構(gòu)酶的底物結(jié)合和催化機制提供了重要參考。
?????? 研究團隊幾位成員-吳更教授、唐鴻志副教授、趙一雷教授等在該課題的研究過程中充分發(fā)揮各自在結(jié)構(gòu)生物學、分子生物學、計算化學研究技術(shù)上的優(yōu)勢，和多名研究生王麗娟、陳朵朵、呂洋、陳啟華等數(shù)年努力工作，終于在微生物學領(lǐng)域權(quán)威刊物Mol Microbiol連續(xù)發(fā)表了上述三篇重要論文。該項系統(tǒng)的工作將為難降解有機污染物微生分解代謝機制的解析和相關(guān)生物資源有效利用提供指導和幫助。該研究得到了國家自然科學基金重點項目（31230002）和創(chuàng)新研究群體基金（31121064）以及上海市青年科技啟明星計劃（13QA1401700）等的支持。
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?????? 由于在應(yīng)用與環(huán)境微生物學（Applied & Environmental Microbioloy），尤其在環(huán)境污染物毒物的微生物分解代謝領(lǐng)域的卓越貢獻，許平教授最近當選為美國醫(yī)學與生物工程院（American Institute for Medical and Biological Engineering, AIMBE）會士（Fellow）。授聘儀式已于3月24日在美國首都華盛頓DC美國科學院演講大廳舉行。AIMBE（http://aimbe.org/）匯聚了世界上最具創(chuàng)新的醫(yī)學與生物工程領(lǐng)域的學術(shù)精英，其會士（AIMBE College of Fellows）由世界醫(yī)學與生物工程領(lǐng)域最杰出（Top 2%）的學者組成，每年經(jīng)過國際同行推薦與嚴格評選產(chǎn)生，最后一輪須經(jīng)現(xiàn)有的Fellows投票產(chǎn)生。
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