红树林塑料降解新菌种Neptunicella plasticusilytica sp. nov.及其新型PET水解酶NmCut的发现与功能解析

本研究从红树林塑料污染环境中分离鉴定了一株新菌种——塑料降解海螺菌（Neptunicella plasticusilytica sp. nov.），并发现其分泌的新型聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）水解酶NmCut。该酶在60°C和pH 8条件下可高效降解PET，48小时产生105–120 μM降解产物（TPA/MHET/BHET），其独特的PET结合模块（PBM）为酶工程改造提供了新靶点。研究通过多相分类学（ANI/dDDH/AAI）和结构生物学分析，揭示了海洋微生物在塑料污染治理中的生物技术潜力。

　　

红树林塑料降解菌的发现与功能解析

表型与化学分类学特征
菌株SCSIO 80796^T从珠海淇澳岛红树林PET碎片中分离，在2216E培养基上形成乳白色菌落。透射电镜显示其为革兰氏阴性杆菌（1.0–2.0 × 0.5–1 μm），具单极鞭毛。生理测试显示其生长温度范围4°C–40°C，耐盐性达12% NaCl，能水解Tween 20-80。化学分析表明其主要脂肪酸为C_16:0（21.7%）和C_16:1 ω7c/ω6c（23.9%），呼吸醌为Q-8，极性脂含磷脂酰乙醇胺（PE）和磷脂酰甘油（PG）。

基因组与系统发育
16S rRNA基因序列与Neptunicella marina相似性仅95.4%。全基因组分析（4.46 Mb，GC含量46.0%）显示其与N. marina的ANI（72.2%）、dDDH（19.0%）和AAI（70.6%）均低于物种界定阈值。基于120个保守基因构建的系统发育树证实其为Neptunicella属新种，命名为N. plasticusilytica sp. nov.。全球分布分析显示该属在深海大西洋和赤道海域有零星分布。

PET降解酶NmCut的发现
通过隐马尔可夫模型（HMM）筛选基因组，从14个候选基因中鉴定出活性酶NmCut（基因SCSIO80796_2563）。该酶属于α/β水解酶家族，含催化三联体Ser161-Asp209-His237。生化实验显示其最适条件为60°C和pH 8，金属离子（K⁺/Mg²⁺等）可增强活性，48小时热稳定性保留68%活性。

降解机制与结构创新
NmCut对11.3%结晶度PET粉末的降解效率高于7.1%结晶度薄膜，48小时产生120 μM TPA/MHET/BHET。AlphaFold3结构预测揭示其由催化模块（CM）和新型PET结合模块（PBM）组成，后者含带正电荷的α螺旋和芳香族残基。分子对接显示PET三聚体结合自由能为-6.88 kcal/mol，关键残基（K190/H188等）为改造靶点。删除PBM后酶活性显著降低，证实其功能重要性。

生态与生物技术意义
红树林环境因富含木质素和角质素等天然聚酯，可能驱动了PET酶的进化。NmCut的模块化结构为设计高效塑料降解酶提供了新思路，其高温稳定性（60°C）尤其适合工业应用。该研究填补了Alteromonadaceae科塑料降解菌的资源空白，为海洋微生物在环境修复中的应用奠定基础。