近日🤵🏿‍♂️，EON体育4平台、微生物代謝國家重點實驗室周寧一教授團隊解析了兩種二氯代硝基苯的代謝機理及其進化淵源。相關成果“A Nag-like dioxygenase initiates 3,4-dichloronitrobenzene degradation via 4,5-dichlorocatechol in Diaphorobacter sp. strain JS3050” 發表於《Environmental Microbiology》🚚，博士後高義舟為第一作者♦️，周寧一教授和美國西佛羅裏達大學的Jim C. Spain教授為通訊作者。另一成果“A recently assembled degradation pathway for 2,3-dichloronitrobenzene in Diaphorobacter sp. strain JS3051”發表於《mBio》🧑‍🧒‍🧒，博士後李濤為第一作者，周寧一教授為通訊作者♝。

環境中的化合物按照其來源不同可分為天然化合物和人工合成化合物，後者是隨著近代工業發展而釋放到環境中🦼👩‍❤️‍👨，相對來說存在的時間比較短🫶。微生物能夠通過快速進化而在相對較短的時間內獲得代謝人工合成化合物的能力，因此在分子生物學與酶學水平研究微生物如何代謝人工合成化合物及其催化機理可為揭示細菌適應性進化機製提供重要線索。本研究對兩株來自同一汙染點的3,4-二氯硝基苯及2,3-二氯硝基苯降解菌的代謝途徑及進化來源進行了分析與闡明。

圖1 菌株Diaphorobacter sp. strain JS3050中3,4-二氯硝基苯（上）及菌株Diaphorobacter sp. strain JS3051中2,3-二氯硝基苯（下）的代謝途徑及相關基因。

研究表明JS3030和JS3051均通過Rieske家族的非血紅素雙加氧酶催化3,4-二氯硝基苯和2,3-二氯硝基苯代謝起始的雙加氧反應，分別生成4,5-二氯鄰苯二酚和3,4-二氯鄰苯二酚🚳，後續由氯鄰苯二酚1,2-開環酶催化開環反應形成二氯黏糠酸🐤，並逐步進入TCA循環（圖1）🤘🏿。盡管他們代謝途徑相似，但其基因來源確大不相同🤦🏿‍♀️。分析表明3,4-二氯硝基苯雙加氧酶（Dcn）與2,4-二硝基甲苯雙加氧酶來源相同，而2,3-二氯硝基苯雙加氧酶（Dcb）與2-硝基苯雙加氧酶來源更近（圖2左）。通過分析硝基芳烴雙加氧酶的結構發現，其活性口袋與底物取代基團的適配性決定了其進化來源（圖2右）。本研究不僅揭示了兩種難降解硝基芳烴的代謝途徑及機製，同時拓寬了EON体育4平台對於該類化合物的微生物代謝途徑快速進化的認知💭😮。

圖2 硝基芳烴雙加氧酶系統發育樹（左）及硝基芳烴雙加氧酶活性中心展示（右）

周寧一教授團隊長期從事硝基芳烴類化合物的生物降解研究🤶🏼。本工作是繼該團隊鑒定了2-氯硝基苯代謝途徑（Applied and Environmental Microbiology）和表達調控（Applied and Environmental Microbiology）💂🏿，以及3-硝基甲苯代謝途徑（Applied and Environmental Microbiology）等研究成果後的重要進展👻。相關工作得到了國家自然科學基金（31870084, 31700093，和31900075），國家重點研發專項(2018YFA0901200)，中國博士後科學基金(2019M661491)以及DuPont Corporate Remediation Group contract LBIO-65019的支持。

論文鏈接🧗🏻‍♂️：

https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1462-2920.15295

https://journals.asm.org/doi/10.1128/mBio.02231-21