棉籽副产品中棉酚降解新机制：儿茶酚2,3-双加氧酶(CatE_W1)的鉴定与功能强化

针对棉籽副产品中棉酚(FG)毒性制约食品饲料资源化利用的难题，研究人员从Lactobacillus rhamnosus 中鉴定出新型儿茶酚2,3-双加氧酶(CatE_W1)，证实其通过联萘键断裂和萘环开环机制降解49% FG，并构建突变体A99L/T101W/A148W使催化效率提升3.57倍。该研究为棉酚酶法解毒提供了新策略。

　　

棉籽作为棉花主副产品，年产1600万吨棉籽粕(CSM)可满足5亿人蛋白质需求，但其中棉酚(FG)的毒性严重制约其应用。这种多酚化合物会损害生殖系统和肝脏功能，现有物理化学解毒方法效率低且影响营养品质。虽然微生物发酵能降解48-97% FG，但存在菌株致病风险。酶法降解因其高效环保成为新方向，但此前仅发现Bacillus licheniformis
的CotA漆酶和Candida tropicalis
的AKR_Z1醛酮还原酶具有降解活性，相关酶的结构机制研究仍属空白。

中国博士后科学基金资助的研究团队从奶牛瘤胃分离的Lactobacillus rhamnosus
WK331中，通过异源表达和降解实验鉴定出新型棉酚降解酶CatE_W1。采用质谱分析降解产物、分子对接解析作用机制，并通过虚拟饱和突变技术进行酶改造。

异源表达与酶学特性
SDS-PAGE显示CatE_W1分子量为33 kDa，最适条件为pH 9.0和45°C，15分钟内降解49% FG。质谱揭示其通过联萘(C₈
-C_8'
)键断裂和萘环开环实现降解。

安全性与毒性评估
细胞和动物实验证实，CatE_W1降解可缓解棉酚诱导的肝脏氧化应激(降低MDA 62%)、炎症因子(IL-6下降41%)及睾丸组织病变，精子存活率提升2.3倍。

分子机制与酶改造
晶体结构显示CatE_W1的Y91、P151和E152构成催化中心。通过虚拟饱和突变获得突变体A99L/T101W/A148W，其k_cat
/K_m
提升3.57倍，50°C半衰期延长1.76倍。

该研究首次揭示儿茶酚2,3-双加氧酶的棉酚降解能力，阐明其通过萘环裂解而非传统苯环代谢的新机制。工程化改造后的酶兼具高效性和热稳定性，为棉籽副产品安全利用提供了理论依据和实用工具。研究发表于《Bioresource Technology》，对推动食品饲料工业可持续发展具有重要意义。