揭示Rhizorhabdus wittichii RW1T菌株降解赭曲霉毒素A的分子机制及其环境修复潜力

本研究针对农业环境中危害严重的赭曲霉毒素A（OTA）污染问题，通过挖掘高效降解菌株Rhizorhabdus wittichii RW1T的代谢潜能，鉴定出一种新型酰胺水解酶RwOTA。该酶通过双核金属中心催化OTA水解为低毒产物，为生物修复和食品安全控制提供了新策略。

　　

环境污染尤其是持久性有机污染物对公共健康的威胁日益严峻，其中赭曲霉毒素A（Ochratoxin A, OTA）作为常见霉菌毒素，广泛污染农产品和饲料，其毒性可导致人类和动物肝肾损伤甚至致癌。尽管物理化学降解方法存在效率低、二次污染等问题，微生物降解因其环境友好性成为研究热点。然而，目前高效OTA降解菌株稀缺，且相关酶学机制亟待阐明。

在这一背景下，来自中国的研究团队聚焦于具有卓越污染物降解能力的Rhizorhabdus wittichii RW1^T（DSM 6014^T）菌株。该菌此前以降解二噁英著称，但其对氯代霉菌毒素的代谢能力尚未探索。通过基因组挖掘和生化验证，研究人员首次发现该菌能通过特异性酰胺水解酶RwOTA将OTA分解为无毒的赭曲霉毒素α（OTα）和L-β-苯丙氨酸，相关成果发表于《International Biodeterioration & Biodegradation》。

研究采用多学科技术手段：通过HPLC分析细菌培养物中OTA残留量；利用基因克隆和亲和色谱获得重组RwOTA蛋白；结合AlphaFold2结构预测与分子对接揭示底物结合模式；采用合成肽底物库评估酶学特性；基于4-甲氧基苯基偶氮甲酰苯丙氨酸（4-MF）模拟物进行动力学分析。

3.1 OTA降解能力验证
培养实验显示RW1^T在7天内完全降解5 μM OTA，HPLC检测到OTα生成，证实其通过酰胺键水解途径解毒。

3.2 关键酶鉴定
基因组分析发现ABQ67280.1蛋白与已知OTA水解酶（如Stenotrophomonas ADH3）具有41.45%同源性，其438个氨基酸序列包含保守的双核金属中心（His88/His90/Asp348和His254/His274）。

3.3 酶功能验证
重组RwOTA在16小时内同时降解OTA和OTB，最适pH 6.5-7.0，40-55°C保持高活性，且在37°C下稳定20小时。热稳定性分析表明其30°C时校正活性参数（τ₂₀）最优，与宿主生长温度匹配。

3.4 结构机制解析
AlphaFold2预测显示RwOTA具有典型的I型酰胺水解酶折叠，双核锌离子通过Lys213羧酸桥联。分子对接揭示OTA苯环嵌入Val220/Leu221/Val299形成的疏水口袋，羧基与His256相互作用，酰胺键羰基氧与M_β金属配位，这一结合模式与实验数据高度吻合。

3.5 底物特异性
酶活筛选发现RwOTA仅水解含疏水C端的底物，如N-苯甲酰甘氨酰苯丙氨酸（HF）和N-苄氧羰基丙氨酰亮氨酸（ZAL），而对极性底物无活性，印证了其结合腔的疏水特性。意外的是，N-乙酰甲硫氨酸能被水解，但结构类似的N-乙酰苯丙氨酸却未被降解，提示结合位点存在动态选择性。

这项研究不仅拓展了RW1^T的代谢图谱，更揭示了RwOTA通过双核金属中心（M_α和M_β）的协同作用：M_β极化酰胺键羰基，Asp348激活水分子进行亲核攻击，最终实现高效解毒。相较于其他降解酶（如Aspergillus niger的AnOTA），RwOTA在环境温度下稳定性突出，具备实际应用潜力。

从应用角度看，该发现为开发基于RwOTA的解毒制剂提供了分子基础，同时强化了RW1^T在复合污染环境修复中的价值。未来研究可进一步优化酶工程改造，或探索该菌在农产品贮藏中的原位解毒应用。这项成果标志着在理解微生物应对环境毒素的分子适应机制方面取得重要进展，为绿色生物修复技术开发开辟了新路径。