鞘氨醇单胞菌SCJ-1通过新型BVMO途径高效降解正己烷的机制研究及其环境应用

【编辑推荐】针对工业排放中难降解的神经毒性污染物正己烷(n-hexane)，浙江大学团队从制药废水污泥中分离出Rhodococcus qingshengii SCJ-1菌株，通过全基因组测序和Haldane生长模型优化，揭示其通过AlkB(27.6 nmol·mg-1 prot)介导的羟化及BVMO(-3.925 kcal·mol-1 结合能)催化的新型代谢通路实现82.3%降解率，为VOCs生物修复提供新策略。

　　

随着工业化进程加速，挥发性有机化合物(VOCs)污染已成为全球性环境难题。其中正己烷(n-hexane)作为典型的疏水性烷烃，不仅难以被微生物降解，长期暴露还会导致神经系统损伤。传统物理化学处理方法存在能耗高、二次污染等问题，而生物修复技术又受限于疏水性VOCs的传质效率和菌株适应性。在这一背景下，浙江大学环境与资源学院的研究团队从制药废水活性污泥中分离出一株具有高效降解能力的Rhodococcus qingshengii SCJ-1，通过多组学技术解析其降解机制，发现该菌株通过经典烷烃羟化酶(AlkB)与非典型Baeyer-Villiger单加氧酶(BVMO)的双重作用实现高效降解，相关成果发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究采用适应性富集培养结合16S rRNA测序进行菌株筛选，通过Haldane模型优化培养条件(pH 7.0，30℃)，运用全基因组测序挖掘降解相关基因簇，采用气相色谱-质谱(GC-MS)分析代谢产物，并借助分子对接技术验证BVMO与2-己酮的相互作用。

【Acclimation, screening, identification】
通过制药废水活性污泥的五轮适应性培养，获得三株纯培养菌株，其中SCJ-1经鉴定为Rhodococcus qingshengii，保藏于中国普通微生物菌种保藏中心。

【Isolation and identification of n-hexane degrading bacteria】
全基因组分析显示该菌携带丰富的烷烃降解基因。在200 mg·L^-1
正己烷浓度下，48小时降解率达82.3%，关键酶活性测定显示AlkB(27.6 nmol·mg^-1
蛋白)、ADH/ALDH(37.3 nmol·mg^-1
蛋白)协同作用。

【Conclusion】
研究发现SCJ-1通过AlkB启动降解，随后ADH/ALDH将醇类氧化为羧酸。特别重要的是，GC-MS检测到戊酸和丁酸乙酯，证实存在BVMO介导的旁路代谢。分子 docking显示BVMO对2-己酮具有特异性结合(-3.925 kcal·mol^-1
)，这种新型代谢途径突破了传统β-氧化的限制。

该研究首次在Rhodococcus属中发现BVMO参与直链烷烃降解的完整证据链，其强大的抗氧化系统(SOD 10.9 mmol·mg^-1
蛋白，CAT 34.5 mmol·mg^-1
蛋白)保障了酶的稳定性。这一发现为疏水性VOCs的生物强化处理提供了新思路，推动绿色环境技术的发展。研究获得浙江省科技创新领军人才项目(2021R52054)和国家重点研发计划(2024YFE0108600)支持。