多组学引导发现广谱增塑剂降解菌Rhodococcus sp. SPR1及其驱动偏苯三酸三(2-乙基己基)酯（TOTM）降解的关键酶机制研究

本研究首次从取食PVC的昆虫幼虫肠道中分离出广谱增塑剂降解菌Rhodococcus sp. SPR1，通过多组学分析鉴定出关键降解酶TOTMaseA（线性初级烷基硫酸酯酶）和TOTMaseB（α/β水解酶），系统阐明了新兴增塑剂TOTM的微生物降解机制与酶动力学特征，为塑料污染生物修复提供了创新性解决方案。

　　

Highlight

材料与化学品

PVC薄膜（厚度11-12μm，密度0.93±0.04 g/mL）由中国石化燕山石化公司提供。薄膜被切割成20×20 mm片段，经75%乙醇浸泡20分钟灭菌，用无菌水冲洗三次，在洁净工作台中风干，使用前密封保存于室温环境。

本研究使用的增塑剂信息详见表S1。偏苯三酸三(2-乙基己基)酯（TOTM, 97.0%）、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯（DEHP, 99.0%）及其他化学品均购自Sigma-Aldrich公司。

无聚合物分解条件下SPR1对PVC薄膜中增塑剂的生物降解

为探究微生物与PVC薄膜的相互作用及其降解潜力，我们从以PVC强化饲料喂养的草地贪夜蛾幼虫肠道中分离到一株革兰氏阳性菌Rhodococcus sp. SPR1。观察到SPR1菌株能够附着在商用PVC薄膜表面，并以PVC薄膜作为唯一碳源实现生物量增长（图1b和1c）。基于基因组的分类学和系统发育分析显示，该菌株与Rhodococcus属其他成员具有平均核苷酸一致性...

讨论

本研究在理解新兴增塑剂TOTM的环境降解机制方面取得重大突破。迄今为止，尚未见任何能够降解TOTM的微生物菌株或酶的报道，先前研究主要局限于毒理学和暴露评估而非生物降解。为填补这一关键知识空白，本研究报道了...

环境意义

偏苯三酸三(2-乙基己基)酯（TOTM）等增塑剂在环境中持久存在并引发健康担忧。我们首次报道了具有TOTM降解能力的微生物菌株Rhodococcus sp. SPR1及其两种关键酶。功能表征显示TOTMaseA（一种硫酸酯酶衍生酶）能以高催化效率催化酯键水解，而TOTMaseB活性稍弱。这些酶在环境样品中同源序列的富集现象证实了其生态相关性。

资金来源

本研究由国家自然科学基金（项目号22241603）、西湖合成生物学与集成生物工程中心（项目号WU2022A009）和未来产业研究中心（项目号WU2022C030）资助。

作者贡献声明

冯菊：评审编辑、监督管理、项目 administration、资金获取、概念化；张云华：评审编辑；王霄雷：评审编辑、方法论；康晓曦：原稿撰写、可视化、软件、方法论、调查研究、形式分析、数据策管、概念化。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究成果的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

感谢周宁仪教授对本研究的指导。感谢西湖大学分子科学仪器与服务中心的陈银娟博士、王翠丽和周敏在实验过程中的协助与讨论。感谢生物医学研究核心设施的范明竹博士和白雪在蛋白质组学分析中的支持。感谢董傲使用Alphafold2协助酶结构建模。感谢黄欣宇的技术支持。