华中农业大学讯（通讯员 罗雄）2月3日，华中农业大学生命科学技术学院、农业微生物资源挖掘与利用全国重点实验室环境微生物学团队在环境科学领域期刊Environmental Science & Technology在线发表题为Novel Bifunctional Enzyme AntO Catalyzes Antimonite Oxidation and H₂O₂ Decomposition in Environmental Antimony Detoxification的研究论文。该研究揭示了一种新型环境锑氧化酶AntO能够催化Sb(III)氧化为Sb(V)和H₂O₂分解，从而缓解Sb(III)诱导的细菌氧化应激。该研究深化了对微生物参与的锑生物地球化学循环的理解。
锑(Antimony, Sb)是一种有毒类金属，被列为优先控制污染物，长期暴露可导致心脏、肺、肝、肾等多器官损伤。其在矿区及冶炼区附近的土壤和水中污染尤为严重。锑的毒性取决于化学形态：毒性更强的Sb(III)在厌氧环境中占优势，而Sb(V)则在有氧条件下主导，氧化还原转化决定了其迁移性和毒性。微生物是锑生物地球化学循环的关键参与者，能够通过氧化Sb(III)来降低其毒性，已鉴定出多种Sb(III)氧化酶如AioAB、AnoA、ArsO等，这些酶常与氧化砷抗性相关。此外，锑暴露会诱导细菌产生ROS，引发氧化应激，进而激活过氧化氢酶等防御酶来缓解细胞。细菌利用一个酶催化锑氧化和H₂O₂分解从而实现环境锑的氧化解毒和锑诱导的氧化应激是一种新型机制。
本研究以前期从锑污染环境分离的睾丸酮丛毛单胞菌JL40为对象，探究其Sb(III)氧化解毒机制。通过差异蛋白质组学筛选出新型双功能酶AntO, qRT-PCR 证实其转录受Sb(III)和H₂O₂诱导。进化分析显示未一种新型锑氧化和过氧化氢酶。AntO的异源表达赋予大肠杆菌Sb(III)抗性与氧化活性。报告基因实验证实受Sb(III)和H₂O₂诱导。敲除antO使菌株JL40胞内H₂O₂积累，加速Sb (III)非生物氧化，antO超表达则通过酶促反应提升氧化效率。体外酶活实验表明，AntO以NADP+为电子受体催化Sb(III)氧化为Sb(V)，同时具备催化H₂O₂分解能力。分子对接验证两种催化功能对应AntO不同结构域。基于上述结果，研究者提出如下工作模型(图1)：当Sb(III)进入细胞，诱导细胞氧化压力增加，从而导致胞内H₂O₂含量增加。AntO上调表达催化H₂O₂分解以缓解氧化应激，同时催化Sb(III)氧化为Sb(V)解毒。总之，研究明确AntO兼具Sb(III)氧化解毒与缓解氧化应激的双重功能，揭示其介导微生物锑养氧化解毒新途径。
华中农业大学博士生罗雄为该论文第一作者，李明顺和郑世学教授为通讯作者，博士生蓝艳、高明等参与该研究。郑世学/李明顺教授团队在细菌锑代谢及锑污染修复领域已深耕多年，在锑的矿化、氧化、外排及调控等生物地球化学循环领域发表了系列研究论文，为锑污染修复提供了理论基础和技术支撑。该研究得到国家自然科学基金等项目资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c12342
审核：李明顺
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