揭示Kocuria rhizophila SA117全细胞催化剂中磺胺甲噁唑新型代谢途径及其环境修复潜力

本研究针对磺胺甲噁唑(SMX)环境残留难题，通过多组学技术解析Kocuria rhizophila SA117的完整降解途径，发现其通过苯环裂解和异噁唑降解两条路径产生无毒三羧酸循环代谢物，结合13C6/2H3标记技术鉴定30种代谢物，为微生物修复磺胺污染提供新策略。

　　

论文解读：

磺胺甲噁唑(SMX)作为全球使用量第三的磺胺类抗生素，在污水处理厂中检出浓度高达mg/L级别，其持久性残留不仅加剧环境风险，更通过选择压力促进耐药基因传播。传统物理化学处理方法存在副产物毒性大、成本高等缺陷，而现有微生物降解研究多局限于初期代谢产物鉴定，完整矿化途径仍是未解之谜。

捷克科学院微生物研究所Tomá? ?ezanka团队在《Bioresource Technology》发表研究，首次报道Kocuria rhizophila SA117通过全基因组测序、蛋白质组学和¹³C₆/²H₃同位素标记的高分辨串联质谱(HR-MS/MS)技术，系统解析SMX的完全降解网络。从污染土壤分离的SA117菌株在100 mg/L SMX压力下展现出独特代谢韧性，通过苯环裂解和异噁唑取代基降解双途径，最终将SMX转化为三羧酸循环(TCA cycle)中间体。

关键技术方法：
研究采用污染土壤富集筛选法获得降解菌株，通过基因组测序和比较蛋白质组学分析代谢潜能，结合稳定同位素标记(¹³C₆-SMX和²H₃-SMX)的HR-MS/MS技术追踪代谢流，辅以热裂解气相色谱质谱(Py-GC-MS)验证降解产物。

研究结果：

1. 菌株特性
   SA117经生化与系统发育鉴定为Kocuria rhizophila，在SMX胁迫下激活硫代谢、芳香族化合物降解等127种特异性蛋白，包含多个新型加氧酶基因簇。

2. 代谢途径解析
   发现两条并行途径：(1)苯环C₆骨架通过3-氨基苯酚中间体开环；(2)5-甲基异噁唑经N-O键断裂生成丙二酸单酰辅酶A。关键中间体如4-羟基-SMX和3-氨基-5-甲基异噁唑均被²H₃标记实验证实。

3. 代谢组学证据
   共鉴定30种代谢物，包括首次报道的苯三酚衍生物和马来酸半醛，最终产物经¹³C标记证实进入TCA循环。

结论与意义：
该研究首次绘制出SMX完全矿化的微生物代谢图谱，揭示Kocuria菌属在环境修复中的新功能。发现的异噁唑降解途径为设计新型生物催化剂提供靶点，而SA117对高浓度SMX的耐受机制为耐药性研究提供模型。研究成果为开发基于土著微生物的生物强化技术奠定理论基础，对解决抗生素环境污染这一全球健康挑战具有重要实践价值。