假单胞菌TX1在辛基酚聚氧乙烯醚表面活性剂上的生长特性及基因表达调控机制解析

这篇研究揭示了Pseudomonas nitroreducens TX1菌株以辛基酚聚氧乙烯醚（OPEOn ，商品名Triton? X-100）为唯一碳源时的转录组特征，发现219个上调基因和22个下调基因，关键涉及乙醇氧化系统（PQQ-ADHs/aldh/cytochrome c550 ）、乙醛酸循环（aceA/aceB）和脂肪酸降解通路（fadB/fadA）。研究为微生物降解非离子表面活性剂的分子机制提供了新见解。

　　

微生物对表面活性剂的代谢适应机制

Pseudomonas nitroreducens TX1展现出对辛基酚聚氧乙烯醚（OPEO_n
）的独特代谢能力。比较转录组分析显示，与琥珀酸培养基相比，OPEO_n
培养条件下219个基因显著上调，其中氧化还原酶相关基因占比53%，膜功能相关基因达42%。关键发现包括：

生长动力学与代谢重构

菌株TX1在0.5% OPEO_n
中的代时为1.6小时，虽比琥珀酸培养基（0.9小时）慢，但最终生物量高出2.3倍。这种"慢生长-高产量"模式暗示其需要时间启动降解机制。乙醛酸循环关键酶异柠檬酸裂解酶（aceA）和苹果酸合酶（aceB）表达分别上调3.3和1.8倍（log₂
FC），证实该旁路途径在碳源利用中的核心作用。

乙醇氧化系统的关键角色

两个吡咯喹啉醌（PQQ）依赖型乙醇脱氢酶基因adh18（4.7倍）和adh19（4.0倍）显著激活，与细胞色素c₅₅₀
（c₅₅₀
）及PQQ合成基因簇（pqqABCDEF）共同构成完整的乙醇氧化系统。该系统与乙醛脱氢酶（aldh1/aldh2）协同作用，将降解中间体乙醛转化为乙酸，进入中心代谢。值得注意的是，adh18在所有实验中均保持高表达（CPM>10），而adh19在多数样本中表达微弱，提示前者是主导酶。

膜应激与转运系统重塑

面对OPEO_n
的膜溶解特性，TX1上调27个膜相关基因。外膜蛋白PorA和Yip1维持结构完整性，ABC转运体（如hisM/potB/C）和乙酸通透酶ActP协同工作：前者可能转运降解产物氨基酸，后者介导乙酸摄入。这种双轨策略既抵抗表面活性剂损伤，又确保碳源高效利用。

趋化作用与降解偶联

转座子突变体筛选发现，甲基受体趋化蛋白Tar缺陷株丧失OPEO_n
利用能力。转录组进一步揭示整个趋化通路（cheA/Y/W，mcpA-B/Q1-2）上调2-3.5倍，暗示细菌通过化学感应主动定位至降解热点区域。这种"趋化-降解"耦合机制在环境修复中具有生态意义。

脂肪酸代谢的意外贡献

3-羟酰基-CoA脱氢酶（fadB1/B2）和酮硫解酶（fadA1/A2）表达增强，提示脂肪酸β氧化可能参与疏水链代谢。与典型烷烃降解不同，该通路可能通过乙酰-CoA补充乙醛酸循环，形成独特的"混合代谢网络"。

技术验证与潜在应用

qRT-PCR对aceA、pqqB等12个标志基因的验证显示与RNA-seq高度一致（R²

0.9）。研究者提出"自由基切割-氧化修饰"双步骤模型：先由依赖PQQ的ADH系统氧化乙氧基链，再通过Fenton反应（需lpdV编码的二氢硫辛酰胺脱氢酶）非特异性缩短链长。该发现为工程菌构建和表面活性剂污染治理提供了分子靶点。